Захворювання сітківки

Вплив усереднення зображення при проведенні оптичної когерентної томографічної ангіографії очей з оклюзією гілки вени сітківки.

Akihito Uji, SriniVas R. Sadda,  Yuki Muraoka,  Shin Kadomoto, Sotaro Ootо, Tomoaki Murakami, Tadamichi Akagi, Manabu Miyata, Akitaka Tsujikawa

Мета

Дослідити вплив усереднення зображення на якісну та кількісну оцінку зображень оптичної когерентної томографічної ангіографії (OКTA) очей пацієнтів з оклюзіями гілок вен сітківки (BRVO).

Методи

Макулярні зображення OКTA 33 очей 33 пацієнтів з BRVO були отримані за допомогою оптичного когерентного томографа Canon. Для кожного ока було отримано п’ять сканувань  OCTA за допомогою протоколу 3 × 3 мм, дані були усереднені та об’єднані в єдині дані зображення високої якості за допомогою програмного забезпечення. Зображення до та після усереднення якісно та кількісно порівнювали на рівнях поверхневого капілярного сплетіння (SCP) та глибокого капілярного сплетіння (DCP).

Результати

Після усереднення всі зображення ОКТА продемонстрували помітне покращення якості зображення з меншим фоновим шумом та кращою цілісністю судин. Кількість мікроаневризм як у SCP, так і в DCP була більшою на окремих зображеннях, ніж на усереднених. Значне збільшення частоти виявлення капілярної телеангіектазії в DCP було відзначено після усереднення зображень.

Кількість очей з порушеною фовеальною аваскулярною зоною (FAZ) значно зменшились після усереднення (P = .0253). П’ять очей (15,2%) з порушенням FAZ на одному зображенні показали неушкоджену FAZ після усереднення. Щільність довжини судин (VLD) та фрактальні  розміри (FD) значно зменшились, а коефіцієнт діаметру судин (VDI) підвищився після усереднення, тоді як значних змін у щільності судин (VD) в обох сплетіннях (SCP та DCP) не відбулось. У поверхневому капілярному сплетінні (SCP) нижчі VD, VLD  та фрактальні розміри суттєво корелюють з гіршою гостротою зору.

Висновки 

Усереднення ОКТА має значний вплив на якісну та кількісну оцінку очей з оклюзіями гілок вен сітківки (BRVO).

Оклюзія гілки вени сітківки відноситься до загальних судинних захворювань сітківки, які часто супроводжуються різним рівнем макулярного  набряку. Оскільки макулярний набряк є найбільш поширеною причиною погіршення зору, лікування, що включає лазерну фотокоагуляцію, кортикостероїди та інтравітреальну анти - VEGF терапію направлене на зменшення товщини макули. Однак у деяких пацієнтів спостерігається обмеження відновлення зору, незважаючи на повне зменшення макулярного набряку після лікування.  У цих випадках повідомляється про пошкодження фоторецепторів та макулярну ішемію й можливі патології, окрім макулярного набряку, що загрожують зору. Оптична когерентна томографічна ангіографія  (ОКТА) є технікою, яка ізолює зображення мікросудинного кровообігу від даних ОКТ зображень.

У порівнянні з ангіографією барвником, ОКТА неінвазивна, пропонує високу контрастність, забезпечує візуалізацію судин з високою розподільчою здатністю та надає вимірювані дані. Нещодавні ОКТА дослідження виявили сильні асоціації між коректованою гостротою зору (BCVA) та кількісно визначеним статусом перфузії або неперфузії після лікування макулярного набряку при оклюзії гілки вени сітківки (BRVO), демонструючи корисність ОКТА як потужного інструмента для вивчення зміни мікросудин. Кількісна оцінка щільності судин на ОКТА зображеннях, однак, може бути сприйнятлива до фонових шумів, розривах у мікроциркуляції або до сили сигналу. Отже, покращення якості зображення може дати можливість точної та відтворюваної морфологічної оцінки мікросудинних змін при BRVO.

Повідомляється, що усереднення множинних En face ОКТА зображень робить розірвані сегменти судин більш суцільними, знижує фонові шуми та вдосконалює якість зображення мікросудин сітківки та хоріоідеї.  Вплив усереднення на кількісні показники хворих очей, в тому числі й з оклюзією гілки вени сітківки, залишається визначити. В цьому дослідженні ми провели високоякісну візуалізацію ОКТА зображень, використовуючи багаторазове усереднення даних ОКТА очей з BRVO та досліджували вплив усереднення на якісну та кількісну оцінку мікросудин сітківки.

Методи

Ця перспективна, спостережна серія випадків була затверджена Інституційною комісією Вищої медичної школи Кіото (Кіото, Японія) та були дотримані положення Хельсінкської декларації. Письмова згода була отримана від кожного суб’єкта до того, як вони взяли участь у дослідженні.

Суб’єкти

Пацієнти з повністю вирішеним макулярним набряком (визначена відсутність цистоїдних просторів і субретинальної рідини), пов’язані з BRVO, які проходили обстеження у відділенні офтальмології, лікарні Університета Кіото. Всі очі мали гострофазний макулярний набряк. З дослідження були виключені очі, що отримали лікування фотокоагуляцією, кортикостероїдами або вітроектомію. Всі пацієнти пройшли комплексні офтальмологічні огляди, в тому числі вимірювання гостроти зору, біомікроскопію щілинною лампою, кольорову фотографію очного дна, непряму офтальмоскопію очного дна, ОКТ дослідження та ОКТА дослідження, та очі з супутніми очними захворюваннями були також виключені з дослідження.

Зображення оптичної когерентної томографічної ангіографії

ОКТА зображення макули, що охоплює площу 3х3 мм із центром на центральній ямці, проводили на системі OCT з програмним модулем для ангіографії ОКТА-2. Це програмне забезпечення пропонує спеціалізований режим захоплення для неодноразового знімання послідовних сканів ОКТА в однаковій позиції за короткий час та може скласти множинні ОКТА дані в єдине зображення високої якості за допомогою патентованої технології усереднення, яку називають технологією злиття потоку (flow fusion).

Процес усереднення складається з наступних п’яти кроків:

1. реєстрація зображень В-сканів уздовж осі Z у кожному скануванні куба ОКТ,

2. реєстрація зображень en face поверхневого капілярного сплетіння (SCP) від кожного сканування ОКТА куба, 3. застосування реєстраційної інформації до сканів куба ОКТ,

4. реєстрація сканів куба ОКТ уздовж осі Z, та

5. об’ємне усереднення після застосування всієї реєстраційної інформації до сканів кубів ОКТА.

В цьому дослідженні, експертам ОКТ було доручено зробити сканування принаймні до 5 ОКТА сканів кожного піддослідного ока з отриманням достатньої якості, після чого до кожних п’ять сканів, які відповідали заздалегідь заданим критеріям застосовували усереднення. Ці прийнятні критерії були вказані у попередньому звіті та включали:

1. чітке фокусування,

2. мало артефактів або їх повна відсутність (наприклад ліній руху)

3. мінімальні сакади (ідентифіковані горизонтальним зсувом сегментів судин на зображеннях enface),

4. рівномірне освітлення та

5. сила сигналу шість або вище.

Якщо кількість сканувань для усереднення було менше п’яти, око було виключене з аналізу. En face зображення SCP та DCP генерувались автоматично за допомогою інструмента програмного забезпечення та експортувалися у розмірі 464 × 464 пікселів для подальшого аналізу. За замовчуванням межа автоматичної сегментації для SCP була від внутрішньої обмежувальної мембрани до 50 мкм позаду від внутрішньої межі внутрішнього плексиформного шару (IPL) та для DCP простягалася від 50 мкм внутрішньої межі IPL до 70 мкм позаду до зовнішньої межі IPL. Артефакт проекції не був видалений з зображень  DCP перед проведенням аналізу.

Пара одинарних неусереднених та усереднених зображень  SCP та DCP експортувались для порівняння. Хоча кожен кейс включає декілька одинарних неусереднених зображень, скан ОКТА застосований як референтне зображення під час декількох ОКТА усереднень програмним забезпеченням обирався як характерний неусереднений для порівняння.

Кількісний аналіз зображень

Рис. 1 Бінаризація та скелетонізація ОКТА зображень ока з оклюзією гілки вени сітківки до та після усереднення зображень (A, B). ОКТА зображення макули площиною 3 × 3 мм з центром на жовтій плямі. Усереднене ОКТА (B) зображення згенеровано з десяти ОКТА сканів, що показують кращу суцільність судин з меншим фоновим шумом ніж одне зображення (A). Ділянка неперфузії в одиничному ОКТА зображенні (обведена червоним) при усередненні виглядає ділянкою з перфузією. Бінаризовані зображення (B, D) та скелетовані зображення (C, E) генеровані з одиночного ОКТА зображення (верхній ряд) показували збільшення білих пікселів в зоні неперфузії (обведена жовтим) та зменшення пікселів в зоні перфузії (обведена червоним) в порівнянні з бінаризованим зображенням з усередненого ОКТА зображення (D)

Щільність судин (VD), щільність довжини судин (VLD), коефіцієнт діаметру судин (VDI) та фрактальні розміри (FD) вимірювались в обох сплетіннях (SCP та DCP) для порівняння між одинарним та усередненим зображеннями. Для вимірювань експортовані зображення були бінаризовані за попередньо узгодженим методом (Рис.1).

Результати

Сідесят два пацієнти, що отримували лікування протягом періоду дослідження були розглянуті для зарахування. Тридцять два з цих пацієнтів мали невирішені набряки, визначені при перегляді ОКТ B-сканів. Серед сорока пацієнтів, що залишились 5 очей не відповідали заздалегідь вказаним критеріям якості, один пацієнт з глаукомою та один з проведеною попередньо вітректомією були виключені. Залишились 33 ока від 33 пацієнтів, доступних для аналізу. Характеристики очей зібрані в таблиці 1. Середній вік складав 65.6 ± 10.9 років (вибірка 36–84 років); 18 учасників були чоловіками та 15 жінками.

Всі зображення ОКТА показали помітне покращення якості зображення з низьким фоновим шумом та кращою безперервністю судин після усереднення (Рис.1). Більше того, якісні оцінки мікросудинних змін на усереднених зображеннях відрізнялися від оцінок на одиничному зображенні. Різниця в кількості очей з мікроаневризмами свідчить про те, що очей з мікроаневризмами було більше в одиночних ніж в усереднених зображеннях (Рис. 2). В поверхневому капілярному сплетінні SCP в шістьох очах (18.2%) та в глибокому капілярному сплетінні DCP в трьох очах (9.1%), мікроаневризми були виявлені лише на одиночних зображеннях та одиночне зображення лише для одного ока (3.0%) було оцінено як зображення без мікроаневризми в обох SCP та DCP. Не спостерігалось істотних відмінностей в наявності капілярної телеангіектазії між одиночними та усередненими зображеннями в SCP. Однак у DCP, вісім очей (24.2%) без капілярної телеангіектазії в одиночних зображеннях були оцінені як такі, що мали капілярну телеангіектазію після усереднення (Рис. 3).

Слід зазначити, що п’ять очей (15.2%) з порушенням FAZ виявилися з неушкодженими FAZ після усереднення, тоді як жодне око з непошкодженим FAZ на окремих зображеннях не було оцінено як око з порушенням FAZ на усередненому зображенні. Всі з цих п’яти очей показали неушкоджену FAZ після усереднення, але деякі судини на межі FAZ не були очевидними до усереднення (Рис. 4).

Обговорення

Усереднення успішно покращило якість зображення в обох сплетіннях SCP та DCP зменшивши фоновий шум та збільшивши суцільність судин, і зокрема, значно вплинуло на якісну та кількісну оцінку SCP та DCP у випадку BRVO. Більше того, декілька кількісних показників показали значні кореляції з гостротою зору VA тільки після усереднення.

Рис 2 Різниця у виявленні мікроаневризм між одиничним та усередненим en face зображенням ОКТА. Помітне покращення якості зображення було відзначено після усереднення (B, D), з меншим фоновим шумом та кращою суцільністю судин. Декілька мікроаневризм (за вказанням жовтими стрілками) виявлених в одиночних зображеннях (A, C) не були помітні на усереднених зображеннях (B, D) в поверхневому капілярному сплетінні (A, B) та в глибокому капілярному сплетінні (C, D).

Мікросудинні зміни якісно оцінювали шляхом оцінки наявності характерних мікросудинних порушень, тобто мікроаневризм, капілярної телеангіектазії та порушення FAZ, як повідомлялося раніше. Ці результати оцінювання змінювались після усереднення, вказуючи на вплив покращення якості зображення на суб’єктивну оцінку. Що стосується мікроаневризм, то кількість очей з мікроаневризмами була більшою на одиночних зображеннях, ніж на усереднених в обох сплетіннях SCP та DCP. Кілька підозр на мікроаневризми не були очевидні після усереднення, маючі на увазі те, що фоновий шум або фрагментовані судини, які були більш помітні на одиночному зображенні можуть бути помилково ідентифіковані як мікроаневризми (Рис.2).

Іншим потенційним поясненням зниження швидкості виявлення мікроаневризм можливе зменшення або зникнення інтенсивності після усереднення як результат недостатньої реєстрації зображення. В такому випадку дрібні деталі можуть бути розмитими. Однак, очі, які не відповідали заздалегідь визначеним критеріям, були виключені з дослідження, тому ймовірність того, що мікроаневризми залишаються поза увагою через низьку якість зображення, в цьому дослідженні неможлива. Після усереднення зображення було значне збільшення частоти виявлення капілярної телеангіектазії в  DCP. Телеангіектазія була оцінена на усереднених ОКТА зображеннях більше ніж на неусереднених. Знову ж таки, поліпшення якості зображення шляхом виправлення фрагментарних судин після усереднення можливо зробило більш чітким тонкі зміни у калібрі судин. Кількість очей з пошкодженням FAZ після усереднення значно знизилась.

Деякі очі показали вигляд судин які формували цілісний кордон FAZ після усереднення. Оскільки мікросудинний кровотік виявився пульсуючим та демонструє коливання на рівні парафовеальної капілярної мережі при спостереженні за допомогою адаптивної оптики та враховуючи той повільний кровоток, який не дає різниці у відбивальній здатності між ОКТ скануваннями в час між скануванням, ОКТА не може бути виявлено потік крові, одиночне ОКТА може не виявити повільний потік крові, особливо у випадках BRVO. Захоплення декількох ОКТА допомагає уловити сигнал потоку в різних точках и усереднення зображень ОКТА можуть мати переваги для отримання структурної картини мікроциркуляції.

Рис. 3 Покращена видимість капілярної телеангіектазії в глибокому капілярному сплетінні після усереднення зображення ОКТА. Капілярна телеангіектазія була більше помітна на усереднених зображеннях

(B, D) ніж в одиночному зображенні (A, C). В С та D, капілярна телеангіектазія була відсутня на одиничному зображенні та присутня в усередненому. Звивисті судини в зоні ураження відображаються з більшою інтенсивністю ніж оточуючи капіляри на усередненому зображенні.

Усереднення ОКТА суттєво вплинуло на кількісні вимірювання в SCP та DCP в випадках BRVO, що свідчить про вплив фонового шуму та переривчастості судин на кількісну оцінку. Однак, існувала розбіжність між результатами VD та результатами інших параметрів. Відсутність значних змін в VD в обох сплетіннях SCP та DCP після усереднення може пояснюватись різницею в розмірі пікселів між бінаризованим та скелетованим зображенням (Додатковий рисунок 1).

Оскільки товсті та тонкі судини можна скелетувати в один піксель, кількість зменшених пікселів, що відповідають фоновому шуму можуть бути більше ніж збільшені пікселі в судинах після усереднення на скелетованому зображенні. По факту, розрахований на скелетованих зображеннях VLD зменшується після усереднення. Усереднення зображення, яке мінімізує вплив фонових шумів та переривчатість судин передбачає точнішу та стабільнішу кількісну оцінку в випадках BRVO.

Рис. 4 Покращена візуалізація парафовеальних капілярів. Найглибші капіляри, що оточують фовеальну зону на одинарному зображенні (A) стали очевидними після усереднення ОКТА (B).

Важливість цього дослідження в дізнанні впливу усереднення зображень при різних судинних аномаліях, що включають аневризму, капілярну телеангіектазію та порушення FAZ. BRVO була обрана як цільова хвороба, щоб можна було оцінити ці три види аномалій. Як вже було показано в попередніх дослідженнях, включаючи наше, ми безпосередньо спостерігали мікроциркуляцію в очах з BRVO та в пацієнтів з діабетом за допомогою адаптивної оптики скануючого лазерного  офтальмоскопа й за патологічних станів можна спостерігати значні коливання швидкості кровотоку. Враховуючи, що інтервал часу між скануванням в повторних B-скануваннях для формування сигналу декореляції становить лише близько 3.75 мс., припускалося, що одиночне сканування ОКТА зображення може не виявити незвично повільний кровоток.  Більше того, зображення ОКТА від сканування до сканування можуть відрізнятись з причини цих незвичних коливань кровотоку.

Наше дослідження має декілька обмежень, які слід враховувати при оцінці наших висновків. По-перше, ми не використовували інструмент видалення проекції, оскільки не були впевнені у його впливі на усереднення зображень. Отже на наші кількісні вимірювання можливий вплив артефакту проекції, який був загальним у DCP. По-друге, для створення налаштування сегментації SCP та DCP En face ОКТА зображень було застосовано налаштування сегментації за замовчуванням, незважаючи на те, що автоматична сегментація на хворих очах може не виконуватись настільки надійно. З іншого боку, в це дослідження ми включили тільки випадки без макулярного набряку, що, можливо, дозволили зробити більш точну сегментацію. Неусереднені та усереднені зображення ОКТА використовували однакову сегментацію в кожному випадку; точність сегментації не повинна впливати на порівняння між неусередненими та усередненими зображеннями.

У підсумку, ОКТА усереднення знижує шуми та несуцільність судин, що суттєво впливає на якісну та кількісну оцінку мікросудин в очах з BRVO. Ці висновки можуть бути корисними при розробці протоколів захоплення та стратегій обробки зображень в майбутніх клінічних випробуваннях та клінічних дослідженнях BRVO.