Atlante di spectral OCT DEMO

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Demo Atlante di spectral OCT

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ATLANTE DI SPECTRAL OCTGuida all’interpretazione delle immagini tomografichenelle patologie oculari

Luisa Pierro

con la collaborazione diMarco Gagliardi e Marco Setaccioli

Fabiano Editore

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Copyright 2009 – Fabiano Group Srl

Fabiano EditoreReg. San Giovanni 40 – Canelli (AT)

Tel. 0141 827801 – Fax 0141 827830e-mail: [email protected] – www.fabianoeditore.it

Gli Autori e l’Editore declinano ogni responsabilità per eventuali errori contenuti nel testo.Tutti i diritti sono riservati.

È vietata ogni riproduzione totale o parziale.

Grafica e stampa: Fabiano Group SrlReg. San Giovanni 40 – Canelli (AT)

ISBN 978-88-89629-52-9

Finito di stampare: Ottobre 2009

Fabiano Group Srl - Reg. S. Giovanni 40 - 14053 Canelli (AT) - Tel. 0141 827801 - Fax 0141 827830E-mail: [email protected] - www.fabianoeditore.it

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Ai miei straordinari genitori

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7 Presentazione

9 Prefazione

11 Capitolo 1 Concetti di base alla teoria dell’Optical Coherence Tomography

19 Capitolo 2 Interpretazione di un’immagine tomografica normale

21 Capitolo 3 MaculopatieDegenerazione maculare senile3.1 Drusen3.2 Degenerazione maculare secca3.3 Degenerazione maculare essudativa

3.3.1 Classica iuxtafoveale3.3.2 Classica extrafoveale3.3.3 Membrana neovascolare dopo trattamento con anti-VEGF3.3.4 Membrana neovascolare occulta3.3.5 Membrana neovascolare occulta con distacco fibrovascolare3.3.6 Membrana neovascolare occulta con distacco sieroso dell’EPR

3.4 Vasculopatia polipoidale idiopatica della coroide (PCV)3.5 RAP (Complesso Retinico Angiomatoso)3.6 Degenerazione maculare disciforme3.7 RIP – Rottura dell’epitelio pigmentato

Maculopatie non legate all’età3.8 Strie angioidi3.9 Corioretinopatia sierosa centrale (CRSC)3.10 Corioretinopatia sierosa centrale cronica – epiteliopatie retiniche diffuse3.11 Maculopatia iatrogene

3.11.1 Maculopatia da radioterapia3.11.2 Maculopatia da argon laser3.11.3 Maculopatia da YAG laser

51 Capitolo 4 Distrofie ereditarie retiniche4.1 Retinopatia pigmentosa4.2 Malattia di Stargardt4.3 Cone-Rode Dystrophy4.4 Malattia di Best4.5 Pattern Distrophy4.6 Retinoschisi X-linked

65 Capitolo 5 Malattie vascolari retiniche5.1 Retinopatia diabetica

5.1.1 Stadio pre-clinico5.1.2 Edema maculare 5.1.3 Edema da microangiopatia5.1.4 Edema da trazione ialoidea

5.2 Occlusione della vena centrale della retina

Indice

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5.3 Occlusione venosa di branca5.4 Occlusione venosa parcellare5.5 Occlusione dell’arteria centrale della retina5.6 Teleangectasie retiniche (TPI)5.7 Macroaneurismi5.8 Emorragie preretiniche

87 Capitolo 6 Patologie vitreali

93 Capitolo 7 Sindrome dell’interfaccia vitreo-retinica e fori maculari7.1 Membrana epiretinica aderente7.2 Edema intraretinico secondario a trazione vitreale7.3 Sindrome da trazione vitreo-maculare7.4 Foro maculare lamellare7.5 Foro maculare a tutto spessore

99 Capitolo 8 Miopia8.1 Distacco giallo peripapillare del miope8.2 Tilted Disc Syndrome8.3 Membrana epiretinica del miope8.4 Foro maculare miopico8.5 Membrana neovascolare nel miope8.6 Foro maculare e membrana neovascolare8.7 Sindrome da trazione vitreomaculare con schisi retinica

109 Capitolo 9 Malattie infiammatorie della corioretina9.1 Edema maculare cistoide in uveite posteriore9.2 Sindrome di Harada9.3 Sarcoidosi9.4 Coroidite serpiginosa9.5 Coroidite multifocale tipo Birdshot9.6 Effusione ciliocoroideale

119 Capitolo 10 Tumori10.1 Angioma coroideale10.2 Osteoma coroideale10.3 Nevo coroideale10.4 Leucemia10.5 Metastasi

127 Capitolo 11 Traumi

131 Capitolo 12 Patologia del nervo ottico12.1 Nervo ottico normale12.2 Ipertensione oculare12.3 Ipertensione endocranica idiopatica12.4 Coloboma del nervo ottico (PIT)12.5 Drusen papillari12.6 Trazione vitreale a partenza papillare12.7 Vitreo iperplastico primitivo12.8 Fibre mieliniche epipapillari

141 Capitolo 13 Patologia post chirurgica13.1 Sindrome di Irvine Gass13.2 Bleb Like Syndrome

145 Capitolo 14 Artefatti

149 Capitolo 15 Cosa offre oggi il mercato

151 Bibliografia

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Cari Colleghi,

questo Atlante nasce dal desiderio di chiarire i dubbi interpretativi che il nuovo OCT nelDominio dello Spettro, SDOCT, crea in chi lo usa.Le immagini tomografiche che oggi otteniamo se in molti casi sono in grado di soddisfa-re le nostre più ambiziose richieste diagnostiche, in altri rimangono misteriose. Il dubbio prima, la sfida interpretativa poi e il raggiungimento di sempre nuovi traguardidiagnostici sono, a mio parere, i motivi del crescente successo dello SDOCT.

Un ringraziamento particolare va a: Elena Mantovani, Silvia Giatsidis, Elena Zampedri e a tutti i Colleghi, soprattutto a quellipiù giovani, Gemma Tremolada, Fabrizio Scotti, Angela Malegori, Francesca Legorini,Annalisa Colucci, Lisa Melzi, Gabriella Cammarata, Umberto De Benedetto, MatteoGhidoni, Andrea Ramoni, Federico Di Matteo, Laura Regali e Paolo Milani, che con il lorointeresse e le loro curiosità hanno contribuito alla raccolta e alla selezione dei casi cliniciche compongono l’Atlante.Un sentito ringraziamento va ai nostri fotografi Alessio Buzzotta e Giorgio Alto.

Presentazione

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Non esiste tecnica diagnostica oftalmologica che, nell’arco degli ultimi decenni, abbiainnovato quanto l’OCT. La pratica clinica, i percorsi diagnostici ed anche i protocolli deglistudi clinici multicentrici sono stati sostanzialmente modificati dall’introduzione dell’OCT.Il motivo di tale successo è facilmente individuabile nei sostanziali vantaggi che l’impiegodell’OCT consente rispetto alle altre metodiche di diagnosi retinica precedentementedisponibili. Semplicità e rapidità di esecuzione, non invasività, affidabilità, ripetibilità equantificabilità delle misure, risultati di facile interpretazione (nella maggior parte di casi)sono alcuni dei punti di forza di questa metodica che, in breve tempo, ha fatto registrareun successo planetario. Dopo la sua introduzione e solo pochi anni addietro, l’OCT era prerogativa dei centri dialta specializzazione, ma in breve tempo è divenuto strumento necessario anche pressorealtà assistenziali di primo e secondo livello. Unico punto debole: un costo relativamen-te elevato che, però, inizia ad essere ridimensionato sia dalla competizione tra produtto-ri iniziata di recente, sia dalla maggiore disponibilità della tecnologia.Un tale successo rende necessario, anche da parte dei non retinologi, un bagaglio diconoscenze che, partendo dai principi base della tecnologia OCT, passi per la lettura el’interpretazione delle immagini dei quadri clinici più frequenti e, infine, tenga in conto ledifferenze tra le varie apparecchiature oggi disponibili sul mercato.A Luisa Pierro, che da anni si dedica alla diagnostica delle malattie corio-retiniche concompetenza e passione, spetta il merito di consegnare alle stampe con lodevole tempi-smo la sua terza fatica in questo settore. Si tratta di un volume ricchissimo di immagini,che coprono tutti i settori di interesse per lo specialista oftalmologo e che aiuta, anche chinon ha familiarità con la metodica, a districarsi adeguatamente tra immagini significativedella varie situazioni cliniche.Sono certo che gli oculisti italiani sapranno riservare a questo libro tutto il successo chel’impegno dell’Autrice e la qualità del risultato meritano.A tutti buona lettura.

Francesco Bandello

Prefazione

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Concetti di base alla teoria dell’Optical Coherence Tomography

Capitolo 1

L’Optical Coherence Tomography è una tecnica di imaging basata sull’interferometriaottica che sta avendo un sempre maggior successo nelle applicazioni otticobiomedichee in medicina.L’OCT permette di ricostruire immagini in sezione della microstruttura interna di tessutibiologici tramite la misurazione dell’intensità di echi di luce riflessa per back scattering. La caratteristica più importante che ha decretato il successo di questa metodologia, èquella che permette di ottenere “biopsie ottiche” non invasive e in tempo reale.Questa tecnica ha avuto in pochi anni un notevole sviluppo che ha permesso di passareda una risoluzione assiale di circa 20 µm ad una attuale di soli 5 µm, con un incrementodi uno o due ordini di grandezza rispetto all’altra tecnica di analisi più tradizionale, l’eco-grafia ad ultrasuoni. Di pari passo al miglioramento della risoluzione, vi è stato anche unincredibile aumento della velocità di scansione, passando dalle poche centinaia di vetto-ri A-scan acquisiti in un secondo delle prime generazioni di OCT alle decine di migliaiadi A-scan al secondo degli OCT più recenti (vedi figure 1.1, 1.2 e 1.3).

Figura 1.1OCT 1 Zeiss.Meditec Anni 90

Figura 1.2OCT 3 Zeiss.Meditec Prima metà anni 2000

A cura dell’Ing. Andrea Mandelli

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Questo ha permesso di minimizzare l’interpolazione nella ricostruzione delle immagini, diridurre notevolmente gli artefatti dovuti ai movimenti involontari del paziente ed infine hareso possibile un’analisi più completa con una rappresentazione grafica della struttura inesame non solo bidimensionale ma anche tridimensionale.

1.1_InterferometriaL’interferometria è una tecnica molto efficace che permette di misurare l’intensità ed ilritardo di tempo della luce riflessa per back scattering.La figura 1.4 mostra un diagramma schematico del classico interferometro di Michelson,nel quale la fonte luminosa incidente viene suddivisa tra un raggio di riferimento Er eduno di misurazione, detto anche raggio di segnalazione Es, che percorrono distanzediversificate nei due bracci dell’interferometro.Le tecniche di interferometria eseguono correlazioni o “interferenze” tra una luce riflessadall’oggetto in esame e la luce riflessa da uno specchio di riferimento posto ad unadistanza nota: l’interferometria misura il campo elettrico generato dalla combinazione

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Figura 1.3Spectral

OCTSLO/Opko.Oti Seconda metà anni 2000

Figura 1.4Interferometro di Michelson

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delle luci riflesse dai due bracci ottici considerandone quindi non solo la sua intensità, maanche il ritardo di tempo tra i due echi riflessi, ovvero il loro sfasamento.Il campo elettrico all’uscita dell’interferometro è la risultante della somma dei campi elet-trici di “segnale” e di “riferimento” ed un rilevatore posto a valle ne misura l’intensità cheè proporzionale al quadrato del campo elettrico totale:

I° ∼ | Er |2 + | Es |2+ 2 Er Es cos (2πΔL/λ)con ΔL = (Dobj – Dref)

Nel quale ΔL è la differenza di lunghezza tra il braccio ottico di riferimento e quello disegnale “Optical Path Difference” (vedi figura 1.5). Se la lunghezza del percorso ottico di riferimento è scansionata, verranno generate dellefrange di interferenza che saranno una funzione del tempo, ovvero una funzione dellaposizione dello specchio di riferimento.

1.2_Interferometria a luce coerentePrima di comprendere come possa essere impiegata l’interferometria per immagini reti-niche bidimensionali, facciamo un passo indietro e supponiamo che la sorgente di luceposta nell’interferometro di Michelson sia assolutamente monocromatica, ovvero che lospettro della luce sorgente contenga esclusivamente una singola lunghezza d’onda (que-sto tipo di sorgente è detta a “luce coerente”).Facendo riferimento alla figura 1.6, è facile intuire che se i due cammini dell’interferome-tro differiscono per numeri interi di lunghezza d’onda, i due segnali riflessi tornerannoperfettamente in fase, generando quindi un’interferenza “costruttiva” che produce unaforte intensità del campo elettrico d’uscita.Viceversa, se la differenza dei percorsi ottici è pari ad un numero dispari di mezze lun-ghezze d’onda, l’interferenza sarà “distruttiva” e l’intensità del campo elettrico d’uscitasarà prossima a zero.In conclusione, lo spettro del segnale d’uscita è sempre un impulso alla stessa lunghezzad’onda che ha il segnale d’ingresso, ma la sua ampiezza (intensità) è modulata dalla scan-sione dello specchio di riferimento.

Concetti di base alla teoria dell’Optical Coherence Tomography Capitolo 1

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Figura 1.5Optical Path Difference

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Il range di differenze dei due percorsi ottici entro il quale si continua a vedere questamodulazione è teoricamente infinito.L’utilizzo di una luce coerente in un interferometro di Michelson non è quindi un buonmetodo per misurare a quale profondità si trova un certo strato retinico, perché muoven-do lo specchio di riferimento questo continuerebbe a generare periodicamente delleinterferenze.

1.3_Interferometria a bassa coerenzaL’interferometria a bassa coerenza è la tecnica di misurazione ottica su cui si basano tuttigli OCT, sia che essi siano nel “dominio del tempo”, che i più recenti nel “dominio dellefrequenze”.Questa volta nell’interferometro di Michelson utilizzeremo una sorgente di luce a bandalarga, per questo si parla anche di interferometria a luce bianca (vedi figura 1.7).Quando si utilizza una luce a bassa coerenza si può osservare un’interferenza costruttivasolamente nel caso in cui la lunghezza del percorso ottico di riferimento e quella del brac-cio di misurazione siano equiparabili all’interno di un certo range limitato che è conosciu-to come la “lunghezza di coerenza” (Lc).Al di fuori di questo range si avrà sempre un’interferenza parzialmente distruttiva chemediamente produrrà una certa intensità di luce in uscita diversa da zero (Ioffset).La lunghezza di coerenza è inversamente proporzionale alla larghezza di banda dellospettro sorgente e direttamente proporzionale al quadrato della lunghezza d’onda:

Lc = 2ln(2)/π * λo2 /Δλ

Questo termine, fondamentalmente, andrà a determinare la risoluzione assiale del nostrosistema. Negli attuali OCT, dove la sorgente luminosa è un Super Luminescent Diode conlunghezza d’onda centrale pari a λo = 830 ηm ed una larghezza di banda di Δλ = 75 ηm,avremo quindi una risoluzione assiale dell’ordine di Lc ~ 5 µm.

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Figura 1.6Interferenza con luce

coerente

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Lo spettro del segnale di uscita in questo caso non sarà più esattamente uguale allospettro del segnale di ingresso, o meglio, sarà sostanzialmente uguale quando lo spec-chio di riferimento sarà al di fuori del range della lunghezza di coerenza. Viceversa,quando questi sarà al suo interno, lo spettro d’uscita subirà una certa modulazione difrequenza.Supponendo che lo specchio di riferimento e quello dell’oggetto in esame abbianoentrambi riflettività pari al 100% ed utilizzando un beam splitter tipo 50:50, la formuladello spettro di potenza in uscita si potrà approssimare alla seguente espressione:

Pout (λ,Δλ) = Pin(λ) * [ 1 + cos (2π ΔL / λ)]

con ΔL = (Dobj – Dref )

Il termine coseno presente in questa formula produce una modulazione dello spettrod’uscita e la frequenza di modulazione dipende dalla differenza dei percorsi ottici ΔL.Per come appare, lo spettro d’uscita viene spesso denominato “spettro canalizzato”.Dall’equazione di cui sopra, risulta quindi evidente che maggiore è la differenza dei duepercorsi ottici, più alta sarà la modulazione di frequenza dello spettro a valle dell’interfe-rometro e viceversa (vedi figura 1.8).In conclusione, l’interferometria a bassa coerenza è un sistema perfettamente in gradodi determinare a quale profondità si trovi un certo strato retinico ed è tanto più raffina-to nel determinarlo quanto più è corta la lunghezza di coerenza della luce sorgenteapplicata.Sulla base di questo concetto teorico si sono sviluppate diverse tecniche per realizzareun OCT. La prima a diffondersi fu quella denominata “Time Domain” dove sostanzial-mente si misura l’intensità del campo elettrico d’uscita in funzione dello sfasamento (cioèdel ritardo di tempo) dello specchio di riferimento rispetto al tessuto in esame. Mentrepiù recentemente si sta imponendo la cosiddetta tecnica “Spectral/Fourier Domain”dove invece si va a misurare la forma dello spettro d’uscita poi scomposto nelle sue com-ponenti principali tramite la trasformata di Fourier.

Concetti di base alla teoria dell’Optical Coherence Tomography Capitolo 1

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Figura 1.7Interferenza con luce abassa coerenza