[论文解读] 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 5

一句话总结

本研究在光学相干断层扫描血管成像（OCTA）中引入了标准化血流指数（NBFI），作为早期糖尿病性视网膜病变（DR）的敏感生物标志物。NBFI由深层毛细血管丛（DCP）血流通量与血管密度计算得出，在区分健康对照组、非增殖性DR（NPDR）及无DR的糖尿病患者方面优于传统指标，揭示了DCP在糖尿病中比以往检测到的更早受到累及。

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.

研究动机与目标

• 评估新型OCTA衍生血流动力学指标在检测早期糖尿病性视网膜病变方面的敏感性。
• 比较血管密度（BVD）、血流通量（BFF）和标准化血流指数（NBFI）在区分健康对照组、无DR的糖尿病患者及轻度NPDR患者方面的表现。
• 确定在糖尿病性视网膜病变中，深层毛细血管丛（DCP）是否比表浅血管丛（SVP）更早受到影响。
• 确立NBFI作为比传统OCTA特征更敏感的早期DR检测生物标志物。

提出的方法

• 从三组共67只眼获取6 mm × 6 mm中心黄斑区OCTA图像：健康对照组、无DR的糖尿病患者及轻度NPDR患者。
• 生成表浅血管丛（SVP）和深层毛细血管丛（DCP）的俯瞰投影，用于定量分析。
• 计算三种定量特征：血管密度（BVD）、血流通量（BFF）和标准化血流指数（NBFI），分别针对SVP和DCP进行计算。
• NBFI定义为BFF与BVD的比值，通过血管密度对血流信号进行归一化，以减少血管大小和迂曲度的干扰。
• 采用受试者工作特征（ROC）曲线分析评估各指标在三组中的诊断敏感性。
• 进行统计比较，评估各指标区分健康对照组、无DR组及轻度NPDR组的能力。

实验结果

研究问题

• RQ1 NBFI是否能比传统OCTA指标（如BVD和BFF）更敏感地检测早期糖尿病性视网膜病变？
• RQ2 深层毛细血管丛（DCP）在糖尿病早期微血管改变中是否比表浅血管丛（SVP）更易受损？
• RQ3 通过血管密度对血流通量进行归一化（即NBFI）是否能提升对早期DR阶段的区分能力，优于原始的BFF或BVD？
• RQ4 NBFI能否在传统指标失效的情况下，区分健康对照组与无DR的糖尿病患者？
• RQ5 基于DCP的NBFI是否是早期糖尿病性视网膜病变最敏感的生物标志物？

主要发现

• 仅DCP中的NBFI能够区分所有三组研究对象：健康对照组、无DR的糖尿病患者及轻度非增殖性DR（NPDR）患者。
• BVD和BFF均可区分健康对照组与无DR的糖尿病患者及轻度NPDR患者，但无法区分健康对照组与无DR的糖尿病患者。
• 基于DCP的NBFI在检测糖尿病早期微血管改变方面表现出优于基于SVP指标的敏感性。
• 本研究证实，糖尿病性视网膜病变中的微血管功能障碍在深层毛细血管丛中比表浅丛更早出现。
• NBFI作为早期DR的生物标志物优于BVD和BFF，表明其在临床检测亚临床疾病方面具有潜力。