在超广角眼底血管荧光造影上自动化精确测量糖尿病视网膜病变的血管改变及其临床应用

Diabetic retinopathy (DR) is one of the most common complications secondary to diabetes mellitus and is the most common cause for blindness in individuals at working-age worldwide. Precise quantification of DR pathologies would be crucial for the elucidation of disease pathophysiology, selection of treatment strategies as well as the evaluation of therapy efficacy. However, there are some limitations of traditional biomarker indicating the disease severity, e.g., relatively small coverage of the fundus and lack of evaluation of the peripheral retina, manual grading of fundus image which is time-consuming, qualitative but not quantitative measurements, as well as the poor illumination of retinal vessel structures. The present study aims to establish a novel, automated and quantitative biomarker indicating retinal vascular changes in DR on ultra-wide field fluorescein angiography by adjusting for the peripheral distortion. The clinical application of this novel biomarker will also be investigated.

糖尿病视网膜病变（diabetic retinopathy，DR）是糖尿病最为常见和严重的微血管并发症之一，是世界范围内中年人群视力损失的主要原因。由于DR形态多样且临床分期跨度广，科学而严谨的病变程度评估能为了解其病理生理改变、针对性选择治疗方案和精确评估治疗效果提供重要依据。传统基于标准7视野彩色眼底照片的ETDRS-DR分级标准具有眼底覆盖范围小、人工分析效率低、定性分析精确度不高和视网膜血管结构分辨率低的局限性。在前期工作基础上，本课题旨在超广角眼底血管荧光造影上，自动化提取全视网膜血管正常结构和病理改变，并采用立体投射方法矫正超广角图片的影像偏曲以精确定量分析DR全视网膜血管改变，并进一步探讨该指标的临床应用。本课题研究成果可能建立一个精确自动化分析DR血管病变的定量指标。

糖尿病视网膜病变（DR）形态多样且临床分期跨度广，科学而严谨的病变程度评估能为了解其病理生理改变、针对性选择治疗方案、精准评估治疗效果提供重要依据。为了克服传统DR分级标准眼底覆盖范围小、人工分析效率低、定性分析精确度不高和视网膜血管结构分辨率低的局限性，在前期工作基础上，本课题进一步在超广角眼底血管荧光造影（UWF-FA）上，自动化提取全视网膜血管正常结构和病理改变，并采用立体投射方法矫正超广角图像偏曲以精确定量分析DR全视网膜血管改变，并探讨其临床应用。.本课题严格按照项目计划书的“研究目标”、“主要研究内容”和“年度研究计划”进行，未做调整。通过多中心合作，我们完成了计划样本量的纳入，并完善了在UWF-FA上自动化提取DR视网膜血管结构程序，明显提高分析成功率。该方法能够清晰提取各种视网膜血管正常及异常病变图像，如微血管瘤、IRMAs、静脉串珠和新生血管生成。良好图像识别和提取技术，为下一步精确计算和测量打下坚实基础。随后，通过使用立体投射法矫正超广角图像偏曲，我们精确测量了全视网膜血管床面积（RVBA）并广泛探索了其临床应用。我们发现RVBA可作为新的自动化定量分析指标来代替传统DR分级，用来提示疾病严重程度及血管异常增生情况。但是，需要审慎使用RVBA评估视网膜缺血程度。同时，多元回归分析显示在矫正其他因素后，基线RVBA仍与糖尿病黄斑水肿（DME）抗血管内皮生长因子（VEGF）治疗2年预后相关。这提示基线RVBA可以独立预测DME抗VEGF治疗长期预后。此外，更多频次抗VEGF药物注射会导致RVBA减少更为显著，RVBA还可以被用来定量评估抗VEGF药物对视网膜血管的影响。随后，我们还开发了矫正偏曲后RVBA的两个亚变量（全视网膜血管总长度和平均直径）的测量及计算公式。在正常人群中，全视网膜血管总长度随着年龄增长而减少，但是平均直径与年龄无关。这为研究视网膜血管长度和直径在DR中的改变提供了对照数据。.本课题研究成果可为DR及其他视网膜血管性疾病打下基础。同时，由于视网膜血管是唯一无创可视活体血管组织，该研究发现也可为下一步通过评估视网膜血管改变来对糖尿病、高血压和心脑血管等重大疾病进行监测提供参考。