基于光学相干断层扫描血流成像的视网膜微血管网量化分析及其在糖尿病视网膜病变中的应用

发布时间：2020-04-02 01:00

【摘要】：第一部分 视网膜微血管网图像的二值化及测量重复性研究目的:光学相干断层扫描视网膜血流成像(OCTA)是近年来眼底成像领域发展的新技术,在传统光学相干断层扫描仪(OCT)的基础上,OCTA系统可探测视网膜血流信号,最终重建视网膜微血管网的血流图像。目前已有较多商业化OCTA机器应用于眼科临床实践,但其在图像的分割和血流计算方面仍存在不足之处。本研究拟对OCTA图像进行二值化提取血管网结构,用于量化分析,并评估该方法的可重复性。方法:针对OCTA图像的二值化提取,我们通过MATLAB平台创建基于阈值分割的多策略综合的血管网图像识别软件。为评估该量化软件测量的可重复性,选取血流密度(VPD)做为测量指标,通过计算组内相关系数(ICC)和重复性系数来评估重复测量的一致性。结果:经MATLAB平台创建的软件处理OCTA图像后,可在正常OCTA图像和具有眼底疾病的OCTA图像中提取出浅层和深层视网膜血管网状结构的二值化图像。基于二值化图像所获取的浅层和深层VPD与OCTA系统自带软件提供的相同参数具有较高的相关性(P值均0.001)。正常眼底和具有眼底疾病的OCTA图像测量的同一测量者的ICC在0.978-0.993之间,不同测量者的ICC在0.939-0.982之间,均说明具有较高的测量一致性。结论:多策略组合的阈值分割方法可较好的从正常眼底或具有眼底疾病的OCTA原图中提取视网膜毛细血管网的二值化图像,提取方法具有较高的可重复性。第二部分 基于OCTA的视网膜微血管多重分形量化分析在不同程度DR中的应用目的:利用多重分形几何学参数对OCTA图像中的黄斑微血管结构进行量化,评估其与各期糖尿病视网膜病变(DR)严重程度的相关性。方法:回顾性研究。回顾性浏览本中心2017年1月至2017年12月在本中心就诊的糖尿病视网膜病变病例,入组患者均曾行OCTA,眼底血管荧光素钠造影、眼底照相等检查。3 × 3 mm范围的OCTA图像用于量化分析,通过阈值分割、Hessian血管提取等组合方法提取浅层、深层黄斑血流的二值化图像。利用分形几何学中的多重分形维数、空隙度等方法分析血流二值化图像,计算多重分形维数谱中的相关参数和空隙度指数。结果:共94例(143眼)DR患者及35例(35眼)年龄、性别匹配的正常对照入组,其中轻度非增生性糖尿病视网膜病变(NPDR)26眼,中度NPDR有30眼,重度NPDR有62眼,PDR为25眼。多重分形维数参数与空隙度在各期DR组均出现有统计学意义的改变,尤其是在深层毛细血管网。多变量回归分析模型显示各多重分形维数参数、空隙度等改变与疾病的严重程度具有显著相关性。结论:分形几何学方法可有效的评估DR中黄斑区微血管病变的严重程度,可作为疾病进展监测的可靠指标。第三部分 不同OCTA参数检测糖尿病患者早期视网膜微血管损害的对比研究目的:在第二部分研究中,我们利用OCTA二值化图像的分形几何分析可应用于各期DR中视网膜血管损伤程度的量化评估。但在早期DR时,甚至是眼底照相未见明显DR改变时,到底哪种OCTA血管参数可最有效地检测出糖尿病导致的微血管损伤尚未清楚。因此,该部分主要分析各OCTA参数,如无灌注区、血管密度及形态学指标在早期检测DR微血管损伤中的价值。方法:回顾性浏览本中心66位2型DM病人及35位健康对照人群的病例资料。所有入组对象均曾行黄斑区3 × 3 mm OCTA扫描。OCTA系统默认的浅层与深层视网膜微血管图像用于量化分析。系统自带的PAR功能可自动去除深层毛细血管网图像中的伪影血管。无灌注参数选取FAZ面积、FAZ周长、FAZ非圆指数、及中心凹外无灌注区(EAA)面积来描述视网膜缺血情况,血管参数则基于二值化图像是否经过骨架化处理分为两类指标:基于二值化图像计算血流密度(VPD)和分形维数(FD);基于骨架化二值图像计算血管长密度(VLD)、骨架化分形维数(sFD)和血管迂曲度。根据二值化图像、骨架化图像可进一步计算血管直径指数(VDI)。ROC曲线下面积(AUC)来评估各OCTA参数的诊断DR能力。结果:66位DM患者中,34名患者无明显DR(noDR),剩余32名具有轻度DR。在糖尿病组中,可见深层毛细血管网VDI较正常组显著增加(P0.001),而浅层毛细血管网VDI未见显著性改变。与正常组相比,各OCTA无灌注参数、血管密度参数在DR组的浅层、深层毛血管网均显著性改变(P0.05);在DM组中,仅有深层毛细血管网的VLD与sFD出现显著性下降(P0.05)。相较于二值化图像、骨架化处理后的OCTA图像所得血管密度、分形维数等参数具有更高的AUC诊断早期DR。结论:基于骨架化OCTA图像所得的VLD、sFD可较早的反映出糖尿病导致的早期视网膜微血管损伤,可作为更好的诊断早期DR的敏感指标。
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图１－２．邋—例正常眼底的ＯＣＴＡ图像的异常血流密度数值报告。由于在ｅｎ－ｆａｃｅ图逡逑像上右下角存在背景亮度偏暗，导致血流图和伪彩图中出现类似于无灌注区样的逡逑改变（黄色圆圈），导致报告的血管密度显著偏低。逡逑１５逡逑

逦第一部分视网膜微血管网图像的二值化及测量重复性研究逡逑图１－１．０ＣＴＡ原图放大后效果示意。多次放大后，血管边缘变得模糊（箭头）。逡逑Ａｎｇｉｏ邋Ｒｅｔｉｎａ逦ｓｃａｎ邋0ｕ？ｍｖ邋ａｍｏ逦Ｌｅｆｔ邋／邋ＯＳ逡逑？—＞邋？＿邋１，

本文编号：2611213