Riassunto analitico
La misurazione della perfusione sanguigna del fondo oculare è di interesse sia scientifico che clinico. Il suo valore scientifico risiede nella possibilità di comprendere la fisiologia dell’accoppiamento neurovascolore mentre le potenzialità cliniche riguardano la diagnosi precoce di alterazioni del flusso sanguigno associate a malattie oculari specifiche. La flussimetria Doppler e la riflettometria del fondo sono tecniche moderne per la misurazione non invasiva della perfusione oculare.
La rifrattometria consente la misurazione della riflettanza di una regione del fondo oculare. Durante la mia attività di Dottorato abbiamo sviluppato uno strumento per l’acquisizione di immagini funzionali dei tessuti neurali del fondo oculare basato sulla misurazione della riflettanza. Abbiamo anche sviluppato un algoritmo di registrazione ed elaborazione completamente automatico basato sulla tecnica del “Differential multiscale framework”. Questo algoritmo ha dimostrato ottime prestazioni in termini di capacità di allineamento delle immagini e di eliminazione delle distorsioni geometriche. I risultati della simulazione effettuata sulle immagini del fondo oculare dimostrano che questo algoritmo fornisce una percentuale di allineamento pari a circa il 90% e consente di ridurre i tempi di calcolo fino al 30% del tempo richiesto dall’algoritmo ad uso generale. Lo strumento è stato equipaggiato di una fotocamera CCD aggiuntiva sincronizzata con l’acquisizione dell’immagine del fondo oculare. Questa fotocamera consente di acquisire l’immagine del segmento anteriore del bulbo oculare. Abbiamo quindi sviluppato un algoritmo per allineare le immagini del fondo oculare stimando possibili spostamenti involontari del fondo oculare dalle immagini del segmento anteriore.
Il flussimetro laser Doppler (LDF) consente di acquisire in modo non invasivo il flusso relativo dei globuli rossi (RBC) nei vasi del fondo oculare. L’effetto del timololo maleato 0,5% sulla circolazione coroidea è stato studiato in 12 soggetti. La procedura doppio cieco randomizzato è stata applicata per lo studio. Un occhio del paziente ha ricevuto una goccia di timololo mentre l’altro occhio ha ricevuto una goccia di placebo. La velocità massima di globuli rossi e la portata volumetrica del sangue sono state determinate in ciascun occhio poco prima l’instillazione e poi ogni 30 minuti fino a 2 ore. La pressione intraoculare osservata ha dimostrato una riduzione del 8,3% nel gruppo placebo (P<=0,001) e 16,1% in quello timololo (P<=0,0001). È stata osservata inoltre una significativa diminuizione (11,2%, P<=0,0001) della frequenza cardiaca media dei soggetti. Nessun cambiamento significativo della pressione arteriosa del sangue e della pressione di perfusione è stato osservato. Nessuna differenza significativa del flusso sanguigno è stata osservata nei pazienti trattati con placebo e con timololo. L’effetto di dilatazione pupilla sulla misurazione è stato studiato in 24 soggetti. Durante i test, un occhio è stato selezionato casualmente e ha ricevuto una goccia di tropicamide 1% che ha causato midriasi. Durante la misurazione è stata interposta un’apertura circolare di 4 mm tra lo strumento e l’occhio. Tutti i parametri LDF sono stati registrati ogni 3 minuti fino a 30 minuti dopo l’applicazione della goccia. Le dimensioni della pupilla sono state registrate utilizzando una videocamera digitale. A seguito della somministrate della goccia, la dimensione pupilla è aumentata del 152% (P<=0,0001). Non sono stati osservati aumenti significativi nella velocità, nel volume e nel flusso quando la pupilla artificiale era presente mentre si è osservato un aumento statisticamente significativo dei parametri LDF in sua assenza. I risultati indicano che l’aumento dei parametri LDF osservati durante le normali procedure sono dovuti alla geometria di diffusione della luce laser e non ad un reale aumento.
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Abstract
The measurement of blood perfusion in the ocular fundus is of scientific as well as clinical interest. Its scientific value lies in the possibility of gaining insight into physiology of deep vascular beds and clinical potential lies in the early assessment of alterations of blood flow associated with specific ocular diseases. Ocular fundus reflectometry and laser Doppler flowmetry are modern methods for non-invasive and continuous measurement of ocular perfusion and based on the scattering phenomenon of the reflected light.
Ocular fundus reflectometry is a technique to measure the reflectance of a region of the ocular fundus. We developed an instrument for functional imaging of the neural tissues of the ocular fundus based on reflectance measurements to study the neuro-vascular coupling. We have developed a fully automatic registration algorithm based on differential multiscale framework for the processing of ocular fundus images with reduced computational time. This algorithm is reasonably efficient to determine relative translational displacement between the images and also to remove the geometric distortion. Simulation results performed on the fundus images show that differential multiscale framework based image registration algorithm provides an alignment precision about 90% and reduce the computational times up-to 30% of the time required by the general purpose algorithm.
We had modified the fundus camera with an additional CCD video camera and synchronized with software to capture anterior segment of eyeball and ocular fundus. We developed software to align the fundus images by estimating the translation shifts in posterior eye through a calibration curve. We modified the illumination and image acquition systems and built an instrument applicable for clinical use to study the dynamics of visual pigments.
Laser Doppler Flowmetry (LDF) determines noninvasively the relative flux of red blood cells (RBCs) of the fundus vessels. The technique is based on the values of the Doppler effect of low-power laser light scattered randomly by static structures and moving tissues. LDF output has been shown to be reproducible and able to measure flow in arbitary units. The effect of topical timolol maleate 0.5% on the choroidal circulation was investigated in 12 normal subjects. In a double masked, randomized design one eye received one drop of timolol and the fellow eye received one drop of placebo. Maximum velocity of red blood cells and volumetric blood flow rate was determined in each eye just before instillation of drops and then every 30 min upto 2 hours. Intraocular pressure was decreased by 8.3% in placebo-treated eyes (P <=0.001) and 16.1% in timolol-treated eyes (P <=0.0001). The mean heart rate was decreased significantly by 11.2% (P<=0.0001). No significant changes in artery blood pressure and perfusion pressure was detected. No significant differences in volumetric blood flow were observed in placebo-treated eyes or in timolol-treated eyes.
The effect of pupil dilatation on choroidal blood flow was investigated in 24 young normal subjects. In all subjects, one eye was selected in random and received a drop of tropicamide 1%. Relative LDF parameters are measured in 12 eyes with 4mm artificial pupil placed directly in front of the eye. All the LDF parameters were recorded in every 3 min upto 30 min after application of the drop. Video recording of pupil size was obtained using a digital video camera. Following the administration of the drop, the pupil size was increased by 152% (P<=0.0001). No significant increases were observed in velocity, volume, and flow with 4 mm artificial pupil and a statistically significant increase were observed in LDF parameters without artificial pupil. The results indicate that the increase in LDF parameters without pupil is only due to the change in scattering geometry of the tissue and the penetration pattern of the laser light.
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