Optisk koherenstomografi angiografi

Optisk koherenstomografi angiografi (OCTA) är en icke-invasiv avbildningsteknik baserad på optisk koherenstomografi (OCT) utvecklad för att visualisera vaskulära nätverk i den mänskliga näthinnan , åderhinnan , huden och olika djurmodeller. OCTA kan använda sig av speckle varians optisk koherenstomografi .

OCTA använder lågkoherens interferometri för att mäta förändringar i tillbakaspridda signaler för att skilja områden av blodflödet från områden av statisk vävnad. För att korrigera för patientrörelser under skanning elimineras bulkvävnadsförändringar i axiell riktning, vilket säkerställer att alla upptäckta förändringar beror på röda blodkroppars rörelser . Denna form av OCT kräver en mycket hög provtagningstäthet för att uppnå den upplösning som behövs för att detektera de små kapillärerna som finns i näthinnan. De senaste framstegen i OCT-insamlingshastigheten har gjort det möjligt med den erforderliga samplingsdensiteten för att erhålla en tillräckligt hög upplösning för OCTA. Detta har gjort det möjligt för OCTA att bli allmänt använt kliniskt för att diagnostisera en mängd olika oftalmologiska sjukdomar, såsom åldersrelaterad makuladegeneration (AMD), diabetisk retinopati, artär- och venocklusioner och glaukom .

Medicinsk användning

Medan konventionell färgämnesbaserad angiografi fortfarande är den vanliga guldstandarden, har OCTA utvärderats och använts över många sjukdomar. OCT-A introducerades först i klinisk ögonvård 2014.

Användningar inkluderar diabetisk retinopati (DR). I DR visades OCTA lösa tidigare etablerade markörer för allvarlig sjukdom (dvs glaskroppsproliferation). Dessutom visades OCTA tillhandahålla en uppsjö av ytterligare biomarkörer inklusive subklinisk förlust av kärlets densitet. Således kan OCTA i framtiden erbjuda möjligheten att övervaka utvecklingen av DR vid ett tidigare prekliniskt tillstånd.

På liknande sätt visades OCTA ge mer förfinad information jämfört med färgämnesbaserad angiografi vid andra vaskulära ocklusiva sjukdomar såsom central (eller gren) retinal venocklusion.

Hur det fungerar

OCTA upptäcker rörliga partiklar ( röda blodkroppar ) genom att jämföra sekventiella B-skanningar på samma tvärsnittsplats. Enkelt uttryckt skulle det bakåtspridda ljuset som reflekteras tillbaka från statiska prover förbli detsamma över flera B-skanningar medan det bakåtspridda ljuset som reflekteras tillbaka från rörliga prover skulle fluktuera. Flera algoritmer har föreslagits och använts för att kontrastera sådana rörelsesignaler från statiska signaler i olika biologiska vävnader.

Beräknar blodflödet

En algoritm utvecklad av Jia et al., används för att bestämma blodflödet i näthinnan. Algoritmen för amplituddekorrelationsangiografi (SSADA) med delat spektrum beräknar dekorrelationen i det reflekterade ljuset som detekteras av OCT-enheten.

Blodkärlen är där den största dekorrelationen uppstår vilket gör att de kan visualiseras, medan statisk vävnad har låga dekorrelationsvärden. Ekvationen tar hänsyn till fluktuationer av den mottagna signalens amplitud eller intensitet över tiden. Större fluktuationer får ett större dekorrelationsvärde och indikerar mer rörelse.

En betydande utmaning när man försöker avbilda ögat är patientrörelser och sackadisk rörelse av ögat. Rörelse introducerar mycket brus i signalen, vilket gör små kärl omöjliga att urskilja. Ett tillvägagångssätt för att minska påverkan av rörelse på signaldetektering är att förkorta avsökningstiden. En kort skanningstid förhindrar för mycket patientrörelse under signalinsamlingen. Med utvecklingen av Fourier-domän OCT, spektraldomän OCT och svepande källsignaler förbättrades avsevärt, vilket gjorde OCTA möjligt. OCTA-skanningstiden är nu cirka tre sekunder, men sakkadisk ögonrörelse orsakar fortfarande ett lågt signal-brusförhållande. Det är här SSADA visar sig vara mycket fördelaktigt eftersom det avsevärt kan förbättra SNR genom att beräkna medelvärdet för dekorrelationen över antalet B-skanningar, vilket gör näthinnans mikrovaskulatur synlig.

Historia

De första försöken att mäta blodflödet med hjälp av OCT använde dopplereffekten . Genom att jämföra fasen av successiva A-modsskanningar kan blodflödets hastighet bestämmas via Doppler-ekvationen. Detta ansågs optisk dopplertomografi; utvecklingen av spektraldomän OCT (SD-OCT) och swept-source OCT (SS-OCT) förbättrade avsevärt avsökningstider eftersom denna fasinformation var lättillgänglig. Ändå var Doppler-tekniker i grunden begränsade av bulkögonrörelseartefakter, särskilt eftersom längre skanningstider blev viktiga för att öka känsligheten. I mitten av 2000-talet började systemen kompensera för bulkögonrörelse, vilket avsevärt minskade rörelseartefakter. System började också mäta variansen och kraften i Dopplerfasen mellan successiva A-mode och B-mode scans; senare visades det att på varandra följande B-modsskanningar måste korrigeras för rörelse och fasvariansdata måste tröskelvärdas för att avlägsna bulkögonrörelsedistorsion.

År 2012 visade sig amplituddekorrelation med delat spektrum vara effektiv för att öka SNR och minska rörelseartefakter. Kommersiella OCT-A-enheter dök också upp runt denna tid, med början med OptoVue AngioVue 2014 (SD-OCT) och Topcon Atlantis/Triton strax efter (SS-OCT).

Andra angiografitekniker

De vanligaste angiografiteknikerna var fluorescein (FA) eller indocyaningrön angiografi (ICGA), som båda involverar användning av ett injicerbart färgämne. Intravenös färginjektion är tidskrävande och kan ha negativa biverkningar. Dessutom kan kanterna på kapillärerna bli suddiga på grund av färgläckage och avbildning av näthinnan kan endast vara 2D när man använder denna metod. Med OCTA behövs ingen färginjektion vilket gör bildbehandlingsprocessen snabbare och bekvämare samtidigt som kvaliteten på bilden förbättras.

De nuvarande guldstandarderna för angiografi, fluoresceinangiografi (FA) och indocyaningrön angiografi (ICGA), kräver båda att färgämne injiceras.

OCTA behöver inte färgämne, men denna metod tar lång tid att fånga en bild och är känslig för rörelseartefakter. Färgämnena som används i FA och ICGA kan orsaka illamående, kräkningar och allmänt obehag och har bara en effektiv livstid i storleksordningen några minuter.

Ur ett fysikperspektiv använder båda färgämnesbaserade metoderna fenomenet fluorescens. För FA motsvarar detta en excitationsvåglängd av blått (cirka 470 nm) och en emissionsvåglängd nära gul (520 nm). För IGCA, den nyare metoden, är excitationsvåglängden mellan 750 och 800 nm medan emission sker över 800 nm.