Angiografie optické koherentní tomografie - Optical coherence tomography angiography

Angiografie optické koherentní tomografie (OCTA) je neinvazivní zobrazovací technika vyvinutá k vizualizaci cévních sítí u člověka sítnice,[1][2][3] cévnatka,[4][5] kůže[6] a různé zvířecí modely.[7][8][9] Od roku 2018 se s další prací doufá, že jednoho dne bude užitečné diagnostikovat diabetická retinopatie.[3]

OCTA používá interferometrii s nízkou koherencí k měření změn zpětně rozptýleného signálu k rozlišení oblastí průtoku krve od oblastí statické tkáně.[10] Aby se korigoval pohyb pacienta během skenování, jsou eliminovány hromadné změny tkáně v axiálním směru, což zajišťuje, že všechny detekované změny jsou způsobeny pohybem červených krvinek.[11] Tato forma ŘÍJEN vyžaduje velmi vysokou hustotu vzorkování, aby se dosáhlo rozlišení potřebného k detekci drobných kapilár nalezených v sítnici. Nedávný pokrok v rychlosti získávání OCT umožnil požadovanou hustotu vzorkování k získání dostatečně vysokého rozlišení pro OCTA.[11][12] To umožnilo OCTA, aby se klinicky široce používala k diagnostice různých oftalmologických onemocnění, jako je Věkem podmíněné makulární degenerace (AMD), diabetická retinopatie, okluze tepen a žil a glaukom.[11]

Lékařské použití

Od roku 2018 se s další prací doufá, že jednoho dne bude užitečné diagnostikovat diabetická retinopatie.[3]

Teoreticky může také pomoci při včasné diagnostice arteriální okluze, ale dosud nebyly provedeny žádné klinické studie.[13]

Jak to funguje

OCTA detekuje pohybující se částice (červené krvinky ) porovnáním sekvenčních B-skenů na stejném místě průřezu. Jednoduše řečeno, zpětně odražené světlo odražené zpět od statických vzorků by zůstalo stejné při více B-skenech, zatímco zpětně odražené světlo odražené zpět od pohybujících se vzorků by kolísalo. Bylo navrženo a použito více algoritmů pro kontrast takových pohybových signálů ze statických signálů v různých biologických tkáních.[14][15][16][17][18]

Výpočet průtoku krve

Algoritmus vyvinutý Jiou et al.,[19] se používá k určení průtoku krve v sítnici. Algoritmus SSADA (amplitudová dekorelační angiografie s děleným spektrem) vypočítá dekorelaci v odraženém světle, které je detekováno zařízením OCT.

Krevní cévy jsou tam, kde dochází k největšímu dekorelaci, což umožňuje jejich vizualizaci, zatímco statická tkáň má nízké hodnoty dekorelace.[20] Rovnice bere v úvahu kolísání amplitudy nebo intenzity přijímaného signálu v čase. Větší výkyvy dostávají větší hodnotu dekorelace a naznačují více pohybu.

Významnou výzvou při pokusu o zobrazení oka je pohyb pacienta a sakadický pohyb oka. Pohyb vnáší do signálu hodně šumu, což znemožňuje rozlišení malých cév. Jedním z přístupů ke snížení vlivu pohybu na detekci signálu je zkrácení doby skenování. Krátká doba skenování zabraňuje příliš velkému pohybu pacienta během získávání signálu. S vývojem OCT ve Fourierově doméně, OCT ve spektrální doméně a doběhového signálu zdroje signálu se výrazně zlepšila, což umožnilo OCTA.[21] Doba skenování OCTA je nyní asi tři sekundy, nicméně sakadický pohyb očí stále způsobuje nízký poměr signálu k šumu. To je místo, kde se SSADA ukazuje jako velmi výhodná, protože je schopna výrazně zlepšit SNR zprůměrováním dekorelace v počtu B-skenů, což zviditelní mikrovaskulaturu sítnice.[20]

Dějiny

Počáteční snahy měřit průtok krve pomocí OCT využívaly Dopplerův jev.[22][23] Porovnáním fáze postupných skenování v režimu A lze určit rychlost průtoku krve pomocí Dopplerovy rovnice. To bylo považováno za optickou Dopplerovu tomografii; vývoj spektrálních domén OCT (SD-OCT) a OCT se zametaným zdrojem (SS-OCT) výrazně zlepšil časy skenování, protože informace o této fázi byly snadno dostupné. Dopplerovy techniky byly přesto zásadně omezeny artefakty hromadného pohybu očí, zejména proto, že pro zvýšení citlivosti se staly důležité delší doby skenování.[24]

V polovině 2000s začaly systémy kompenzovat objemný pohyb očí, což významně snížilo pohybové artefakty. Systémy také začaly měřit rozptyl a výkon Dopplerovy fáze mezi po sobě následujícími skenování v A-režimu a B-režimu; později se ukázalo, že postupná skenování v režimu B musí být korigována na pohyb a data fázové odchylky musí být prahována, aby se odstranilo hromadné zkreslení pohybu očí.[24][25][26]

Do roku 2012 se ukázalo, že dekrorelace amplitudy děleného spektra je účinná při zvyšování SNR a snižování pohybových artefaktů.[19] V této době se také objevily komerční OCT-A zařízení, počínaje OptoVue AngioVue v roce 2014 (SD-OCT) a Topcon Atlantis / Triton brzy poté (SS-OCT).[24]

Jiné techniky angiografie

Nejběžnějšími angiografickými technikami byly fluoresceinová (FA) nebo indokyaninová zelená angiografie (ICGA), které obě zahrnují použití injekčního barviva. Injekce intravenózního barviva je časově náročná a může mít nepříznivé vedlejší účinky. Okraje kapilár se navíc mohou rozmazat kvůli úniku barviva a zobrazení sítnice může být při použití této metody pouze 2D.[21] U OCTA není vstřikování barviv nutné, aby byl proces zobrazování rychlejší a pohodlnější a zároveň se zlepšila kvalita obrazu.

Současné zlaté standardy angiografie, fluoresceinová angiografie (FA) a angiocyaninová zelená angiografie (ICGA), obě vyžadují injekci barviva.[27][28]

OCTA nepotřebuje barvivo, ale tato metoda trvá dlouhou dobu k zachycení obrazu a je náchylná k pohybovým artefaktům. Barviva použitá v FA a ICGA mohou způsobit nevolnost, zvracení a celkové nepohodlí a mají efektivní životnost pouze několik minut.[29]

Z hlediska fyziky obě metody založené na barvivu využívají fenoménu fluorescence. U FA to odpovídá excitační vlnové délce modré (kolem 470 nm) a emisní vlnové délce téměř žluté (520 nm).[30] U IGCA, novější metody, je excitační vlnová délka mezi 750 a 800 nm, zatímco emise se vyskytuje nad 800 nm.[31]

Reference

  1. ^ Kashani, Amir H ​​.; Lee, Sun Young; Moshfeghi, Andrew; Durbin, Mary K .; Puliafito, Carmen A. (listopad 2015). „Optická koherentní tomografie Angiografie venózní okluze sítnice“. Sítnice. 35 (11): 2323–2331. doi:10.1097 / iae.0000000000000811. ISSN  0275-004X. PMID  26457395. S2CID  26880837.
  2. ^ Spaide, Richard F .; Klancnik, James M .; Cooney, Michael J. (01.01.2015). „Retinální vaskulární vrstvy zobrazované fluorescenční angiografií a angiografií optické koherentní tomografie“. JAMA Oční lékařství. 133 (1): 45–50. doi:10.1001 / jamaophthalmol.2014.3616. ISSN  2168-6165. PMID  25317632.
  3. ^ A b C Gildea, D (2019). „Diagnostická hodnota angiografie optické koherentní tomografie u diabetické retinopatie: systematický přehled“. Mezinárodní oftalmologie. 39 (10): 2413–2433. doi:10.1007 / s10792-018-1034-8. PMID  30382465.
  4. ^ Levison, Ashleigh L; Baynes, Kimberly M; Lowder, Careen Y; Kaiser, Peter K; Srivastava, Sunil K (2016-08-18). „Choroidální neovaskularizace na angiografii optické koherentní tomografie při bodové vnitřní choroidopatii a multifokální choroiditidě“. British Journal of Ophthalmology. 101 (5): 616–622. doi:10.1136 / bjophthalmol-2016-308806. ISSN  0007-1161. PMID  27539089. S2CID  29133966.
  5. ^ Chu, Zhongdi; Weinstein, Jessica E .; Wang, Ruikang K .; Pepple, Kathryn L. (říjen 2020). „Kvantitativní analýza choriocapillaris u uititidy pomocí angiografie optické koherence tomografie pomocí tváře se Swept-Source“. American Journal of Ophthalmology. 218: 17–27. doi:10.1016 / j.ajo.2020.05.006. ISSN  0002-9394. PMC  7529782. PMID  32413411.
  6. ^ Xu, Jingjiang; Song, Shaozhen; Muži, Shaojie; Wang, Ruikang K. (2017-11-28). „Dlouholetá angiografie založená na optickém soudržném tomografickém předstihu překonává svůj protějšek ve spektrální doméně při zobrazování mikrocirkulací lidské kůže“. Journal of Biomedical Optics. 22 (11): 1–11. doi:10.1117 / 1.jbo.22.11.116007. ISSN  1083-3668. PMC  5712670. PMID  29185292.
  7. ^ Fischer, M. Dominik; Huber, Gesine; Beck, Susanne C .; Tanimoto, Naoyuki; Muehlfriedel, Regine; Fahl, Edda; Grimm, Christian; Wenzel, Andreas; Remé, Charlotte E .; van de Pavert, Serge A .; Wijnholds, leden (2009-10-19). „Neinvazivní, in vivo hodnocení struktury myší sítnice pomocí optické koherentní tomografie“. PLOS ONE. 4 (10): e7507. doi:10,1371 / journal.pone.0007507. ISSN  1932-6203. PMC  2759518. PMID  19838301.
  8. ^ Merkle, Conrad W .; Zhu, červen; Bernucci, Marcel T .; Srinivasan, Vivek J. (listopad 2019). „Dynamická kontrastní optická koherenční tomografie odhaluje laminární mikrovaskulární hemodynamiku v myším neokortexu in vivo“. NeuroImage. 202: 116067. doi:10.1016 / j.neuroimage.2019.116067. ISSN  1053-8119. PMC  6819266. PMID  31394180.
  9. ^ Chen, Siyu; Liu, Qi; Shu, Xiao; Soetikno, Brian; Tong, Shanbao; Zhang, Hao F. (2016-08-10). „Zobrazování hemodynamické odpovědi po ischemické cévní mozkové příhodě v mozkové kůře pomocí optické koherentní tomografie ve viditelném světle“. Biomedicínská optika Express. 7 (9): 3377–3389. doi:10,1364 / boe.7.003377. ISSN  2156-7085. PMC  5030017. PMID  27699105.
  10. ^ de Carlo, Talisa E; Romano, Andre; Waheed, Nadia K; Duker, Jay S (duben 2015). „Přehled angiografie optické koherentní tomografie (OCTA)“. International Journal of Retina and Vitreous. 1 (1): 5. doi:10.1186 / s40942-015-0005-8. ISSN  2056-9920. PMC  5066513. PMID  27847598.
  11. ^ A b C de Carlo, Talisa E; Romano, Andre; Waheed, Nadia K; Duker, Jay S (2015). „Přehled angiografie optické koherentní tomografie (OCTA)“. International Journal of Retina and Vitreous. 1 (1): 5. doi:10.1186 / s40942-015-0005-8. ISSN  2056-9920. PMC  5066513. PMID  27847598.
  12. ^ Drexler, Wolfgang; et al. (2014). „Optická koherentní tomografie dnes: rychlost, kontrast a multimodalita“. Journal of Biomedical Optics. 19 (7): 071412. doi:10.1117 / 1.jbo.19.7.071412. PMID  25079820.
  13. ^ Kashani, AH; Chen, CL; Gahm, JK; Zheng, F; Richter, GM; Rosenfeld, PJ; Shi, Y; Wang, RK (září 2017). „Angiografie optické koherentní tomografie: komplexní přehled současných metod a klinických aplikací“. Pokrok ve výzkumu sítnice a očí. 60: 66–100. doi:10.1016 / j.preteyeres.2017.07.002. PMC  5600872. PMID  28760677.
  14. ^ Enfield, Joey; Jonathan, Enock; Leahy, Martin (2011-04-13). "In vivo zobrazení mikrocirkulace volárního předloktí pomocí korelačního mapování optické koherentní tomografie (cmOCT)". Biomedicínská optika Express. 2 (5): 1184–1193. doi:10,1364 / boe.2.001184. ISSN  2156-7085. PMC  3087575. PMID  21559130.
  15. ^ Barton, Jennifer K .; Stromski, Steven (11.7.2005). „Měření průtoku bez fázových informací v obrazech optické koherentní tomografie“. Optika Express. 13 (14): 5234–5239. doi:10.1364 / OPEX.13.005234. ISSN  1094-4087. PMID  19498514.
  16. ^ Fingler, Jeff; Zawadzki, Robert J .; Werner, John S .; Schwartz, Dan; Fraser, Scott E. (2009-11-23). „Volumetrické mikrovaskulární zobrazování lidské sítnice pomocí optické koherentní tomografie s novou technikou pohybového kontrastu“. Optika Express. 17 (24): 22190–22200. doi:10.1364 / OE.17.022190. ISSN  1094-4087. PMC  2791341. PMID  19997465.
  17. ^ Wang, Ruikang K .; Jacques, Steven L .; Ma, Zhenhe; Hurst, Sawan; Hanson, Stephen R .; Gruber, Andras (02.04.2007). „Trojrozměrná optická angiografie“. Optika Express. 15 (7): 4083–4097. doi:10.1364 / OE.15.004083. ISSN  1094-4087. PMID  19532651.
  18. ^ Jia, Yali; Tan, Ou; Tokayer, Jason; Potsaid, Benjamin; Wang, Yimin; Liu, Jonathan J .; Kraus, Martin F .; Subhash, Hrebesh; Fujimoto, James G .; Hornegger, Joachim; Huang, David (09.02.2012). „Split-spectrum amplitude-decorrelation angiography with optical coherence tomography“. Optika Express. 20 (4): 4710–25. doi:10,1364 / oe.20.004710. hdl:1721.1/73109. ISSN  1094-4087. PMC  3381646. PMID  22418228. S2CID  13838091.
  19. ^ A b Jia, Y; Tan, O; Tokayer, J; Potsaid, B; Wang, Y; Liu, JJ; Kraus, MF; Subhash, H; Fujimoto, JG; Hornegger, J; Huang, D (2012). „Split-spectrum amplitude-decorrelation angiography with optical coherence tomography“. Opt Express. 20 (4): 4710–25. doi:10.1364 / OE.20.004710. PMC  3381646. PMID  22418228.
  20. ^ A b Koustenis A, Harris A, Gross J a kol. Optická koherentní tomografická angiografie: přehled technologie a hodnocení aplikací pro klinický výzkum British Journal of Ophthalmology 2017; 101: 16-20.
  21. ^ A b Gao, Simon S .; Jia, Yali; Zhang, Miao; Su, Johnny P .; Liu, Gangjun; Hwang, Thomas S .; Bailey, Steven T .; Huang, David (2016). „Angiografie optické koherentní tomografie“. Investigativní oftalmologie a vizuální věda. 57 (9): OCT27–36. doi:10.1167 / iovs.15-19043. ISSN  1552-5783. PMC  4968919. PMID  27409483.
  22. ^ Izatt, J. A.; Kulkami, M.D .; Yazdanfar, S .; Barton, J. K.; Welch, A.J. (1997). „In vivo obousměrné barevné dopplerovské zobrazování objemů krve pikolitru pomocí optické koherentní tomografie“. Opt. Lett. 22 (18): 1439–1441. doi:10,1364 / ol.22.001439. PMID  18188263.
  23. ^ Chen, Z .; Milner, T.E .; Srinivas, S .; Wang, X .; Malekafzali, A .; van Gemert, M.J.C .; Nelson, J.S. (1997). "Neinvazivní zobrazování rychlosti toku krve in vivo pomocí optické Dopplerovy tomografie". Opt. Lett. 22 (14): 1119–1121. doi:10,1364 / ol.22.001119. PMID  18185770.
  24. ^ A b C Spaide, R.F .; Fujimoto, J.G .; Waheed, N.K .; Sadda, S.R .; Staurenghi, G. (2017). „Angiografie optické koherentní tomografie“. Prog. Retin. Eye Res. 64: 1–55. doi:10.1016 / j.preteyeres.2017.11.003. PMC  6404988. PMID  29229445.
  25. ^ Makita, S .; Hong, Y .; Yamanari, M .; Yatagai, T .; Yasuno, Y. (2006). "Optická koherentní angiografie". Opt. Vyjádřit. 14 (17): 7821–7840. doi:10.1364 / oe.14.007821. hdl:2241/108149. PMID  19529151.
  26. ^ Fingler, J .; Zawadzki, R.J .; Werner, J.S .; Schwartz, D .; Fraser, S.E. (2009). „Volumetrické mikrovaskulární zobrazování lidské sítnice pomocí optické koherentní tomografie s novou technikou pohybového kontrastu“. Opt. Vyjádřit. 17 (24): 22190–22200. doi:10.1364 / oe.17.022190. PMC  2791341. PMID  19997465.
  27. ^ Gass, JDM; Sever, RJ; Sparks, D; Goren, J (1967). "Kombinovaná technika fluoresceinové fundoskopie a angiografie oka". Arch Oftalmol. 78 (4): 455–461. doi:10.1001 / archopht.1967.00980030457009. PMID  6046840.
  28. ^ Slakter, JS; Yannuzzi, LA; Guyer, DR; Sorenson, JA; Orlock, DA (červen 1995). "Indocyaninově zelená angiografie". Curr Opin Ophthalmol. 6 (3): 25–32. doi:10.1097/00055735-199506000-00005. PMID  10151085. S2CID  43888613.
  29. ^ Yannuzzi, LA; Rohrer, MA; Tindel, LJ; et al. (1986). "Průzkum komplikací fluorescenční angiografie". Oftalmologie. 93 (5): 611–7. doi:10.1016 / s0161-6420 (86) 33697-2. PMID  3523356.
  30. ^ „Fluoresceinová angiografie“.
  31. ^ Alander, Jarmo T .; Kaartinen, Ilkka; Laakso, Aki; et al. (2012). „Přehled indokyaninově zeleného fluorescenčního zobrazování v chirurgii“. International Journal of Biomedical Imaging. 2012: 1–26. doi:10.1155/2012/940585. PMC  3346977. PMID  22577366.