[論文レビュー] Normalized Blood Flow Index in Optical Coherence Tomography Angiography Provides a Sensitive Biomarker of Early Diabetic Retinopathy

ALBERT DADZIE, David Le+5 more|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 2022

Retinal Imaging and Analysis被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、光学コherenceトモグラフィー血管造影（OCTA）における正常化血流フラックス指数（NBFI）を、初期糖尿病網膜症（DR）の感受性バイオマーカーとして導入した。NBFIは、深層毛細血管プレクスス（DCP）の血流フラックスと血管密度から算出され、従来の指標よりも健康対照群、非増殖性DR（NPDR）、DRのない糖尿病患者群を区別する能力に優れており、従来の検出よりも早期にDCPへの影響が現れることが明らかになった。

ABSTRACT

Purpose: To evaluate the sensitivity of normalized blood flow index (NBFI) for detecting early diabetic retinopathy (DR). Methods: Optical coherence tomography angiography (OCTA) images of 30 eyes from 20 healthy controls, 21 eyes of diabetic patients with no DR (NoDR) and 26 eyes from 22 patients with mild non-proliferative DR (NPDR) were analyzed in this study. The OCTA images were centered on the fovea and covered a 6 mm x 6 mm area. Enface projections of the superficial vascular plexus (SVP) and the deep capillary plexus (DCP) were obtained for the quantitative OCTA feature analysis. Three quantitative OCTA features were examined: blood vessel density (BVD), blood flow flux (BFF), and normalized blood flow index (NBFI). Each feature was calculated from both the SVP and DCP and their sensitivity to distinguish the three cohorts of the study were evaluated. Results: The only quantitative feature that was capable of distinguishing between all three cohorts was NBFI in the DCP image. Comparative study revealed that both BVD and BFF were able to distinguish the controls from NoDR and mild NPDR. However, neither BVD nor BFF was sensitive enough to separate NoDR from the healthy controls. Conclusion: The NBFI has been demonstrated as a sensitive biomarker of early DR, revealing retinal blood flow abnormality better than traditional BVD and BFF. The NBFI in the DCP was verified as the most sensitive biomarker, supporting that diabetes affects the DCP earlier than SVP in DR.

研究の動機と目的

• 初期糖尿病網膜症を検出するための新規OCTA由来血行動態的指標の感受性を評価すること。
• 血管密度（BVD）、血流フラックス（BFF）、正常化血流フラックス指数（NBFI）の性能を、健康対照群、DRのない糖尿病患者、軽度NPDR患者の区別において比較すること。
• 糖尿病網膜症において、深層毛細血管プレクスス（DCP）が浅表血管プレクスス（SVP）よりも早期に影響を受けるかどうかを特定すること。
• NBFIを、初期DR検出における従来のOCTA特徴よりも感受性の高いバイオマーカーとして確立すること。

提案手法

• 67眼の6 mm × 6 mmの中心視細部ボリュームからOCTA画像を取得した。参加者は3群に分けられた：健康対照群、DRのない糖尿病患者、軽度NPDR患者。
• 定量的分析のため、浅表血管プレクスス（SVP）および深層毛細血管プレクスス（DCP）のエンファス投影図を作成した。
• 3つの定量的特徴を算出した：血管密度（BVD）、血流フラックス（BFF）、正常化血流フラックス指数（NBFI）、それぞれSVPおよびDCPに対して個別に計算した。
• NBFIはBFFをBVDで割った比として定義され、血管密度による血流信号の正規化により、血管径やねじれの影響を低減した。
• 各被験群における各指標の診断感受性を評価するために受信者操作特性（ROC）曲線解析を実施した。
• 各指標が健康対照群、NoDR、軽度NPDR群を区別できる能力を評価するために統計的比較を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NBFIは、BVD や BFF といった従来のOCTA指標よりも、早期の糖尿病網膜症を感受性高く検出できるか？
• RQ2 深層毛細血管プレクスス（DCP）は、浅表血管プレクスス（SVP）よりも糖尿病における初期微小循環障害に対してより感受性が高いか？
• RQ3 血管密度で血流フラックスを正規化したNBFIは、そのままのBFF や BVD よりも、初期DR段階の区別を改善するか？
• RQ4 従来の指標が失敗する状況でも、NBFIは健康対照群とDRのない糖尿病患者を区別できるか？
• RQ5 DCPにおけるNBFIは、初期糖尿病網膜症の感受性の高いバイオマーカーか？

主な発見

• 深層毛細血管プレクスス（DCP）におけるNBFIは、唯一、健康対照群、DRのない糖尿病患者、軽度非増殖性DR（NPDR）の3群すべてを区別できる指標であった。
• BVDおよびBFFは、健康対照群とDRのない糖尿病患者、および軽度NPDR患者を区別できたが、健康対照群とDRのない糖尿病患者を区別できなかった。
• DCPに基づくNBFIは、SVPに基づく指標と比較して、糖尿病における初期微小循環障害の検出において優れた感受性を示した。
• 本研究は、糖尿病網膜症における微小循環障害が、浅表プレクススよりも先に深層毛細血管プレクススに影響を及ぼすことを確認した。
• NBFIはBVDおよびBFFを上回るバイオマーカーとして初期DRを検出する能力に優れており、臨床的観察における前臨床疾患の検出可能性を示唆している。