Studio del ruolo della membrana limitante esterna e della zona ellissoide nell'edema maculare diabetico mediante analisi IA-assistita di scansioni OCT

Diabetic macular edema (DME) is the leading cause of severe visual impairment in diabetic patients, with a major impact on working-age population. From this, the importance of a deep and accurate understanding of the pathogenetic process of this condition and its effects on retinal structure. In this context, use of optical coherence tomography (OCT) plays a fundamental role, allowing a detailed visualization of retinal layers and their possible impairment. Among the various OCT biomarkers, external limiting membrane (ELM) and ellipsoid zone (EZ) are becoming increasingly important, but their manual quantification, in terms of time, does not allow their rutinary use. Artificial intelligence (AI) can make up for this, allowing faster analysis of scans while maintaining clinician-like accuracy. In clinical practice, this allows for greater customization of therapeutic protocols, as well as reducing the economic burden on health services. Primary objective: the main objective of the present study is to investigate the behavior and reciprocal relationship of external limiting membrane (ELM) and ellipsoid zone (EZ) in diabetic macular edema (EMD), via the AI-based analysis of OCT scans. We also aim to explore the association of these two structures with retinal fluid distribution, neuro-inflammatory biomarkers and visual function. Materials and methods: This cross-sectional study analyzed data from different centers, collecting OCT scans of 2,355 eyes from 1,688 patients with DME. SD-OCT scans were analyzed using a validated AI algorithm for the quantification of intraretinal fluid (IRF), subretinal fluid (SRF), inflammatory hyperreflective retinal foci (I-HRF), and percentage of ELM and EZ disruption. The eyes were then classified according to the ELM/EZ interruption ratio and grouped into four patterns: no interruptions, EZ > ELM interruption, ELM > EZ interruption and ELM=EZ interruption. Results: ELM interruption was observed in 21.9% of eyes and EZ interruption in 37.6%, indicating a higher prevalence of EZ damage. Eyes with interrupted ELM or EZ showed significantly higher IRF and SRF volumes, as well as a relative shift in the distribution of IRF from the central ring (1 mm) to the outer ring (3–6 mm) (p<0.0001). Four structural patterns were identified, with EZ>ELM disruption being the most frequent (29.8%). All groups with interruptions showed higher fluid volumes and worse visual acuity compared with eyes without dameges in the outer retina. I-HRF counts were significantly higher in eyes with predominant EZ damage, suggesting a stronger association between EZ disruption and neuro-inflammatory activity. ELM disruption showed the strongest correlation with visual acuity and SRF volume. Conclusions: The present study has shown that ELM and EZ behave differently but synergistically in DME. EZ alterations are more frequent and associated with inflammatory activity, while ELM disruption seems to reflect deeper structural damage and greater functional impairment. Integrating fluid measurements with analysis of outer retinal layers integrity may provide a more complete structural framework for DME characterization and allow for more personalized prognostic evaluation and therapeutic strategies.

L’edema maculare diabetico (EMD) rappresenta la principale causa di deficit visivo grave nei pazienti affetti da diabete, con un importante impatto sulla popolazione in età lavorativa. Da ciò si evince l’importanza di una comprensione profonda ed accurata del processo patogenetico di tale condizione e dei suoi effetti sulla struttura retinica. In tale contesto, l’utilizzo della tomografia a coerenza ottica (OCT) ha un ruolo fondamentale, permettendo una visualizzazione dettagliata degli strati retinici e di una loro eventuale compromissione. Tra i diversi biomarcatori OCT, assumono sempre maggiore importanza la membrana limitante esterna (ELM) e la zona ellissoide (EZ), ma la loro quantificazione manuale, in termini di tempo, non ne permette un uso rutinario. L’utilizzo dell’intelligenza artificiale (IA) può sopperire a tale aspetto, consentendo un’analisi più rapida delle scansioni pur mantenendo una precisione paragonabile al clinico. Nella pratica clinica questo consente una maggior personalizzazione dei protocolli terapeutici, oltre che ridurre il carico economico sui servizi sanitari. Obiettivo dello studio: l’obiettivo principale del presente studio è indagare il comportamento e la relazione reciproca di membrana limitante esterna (ELM) e zona ellissoide (EZ) nell'edema maculare diabetico (EMD), tramite l’analisi di scansioni OCT basata sull'intelligenza artificiale. Ci si propone, inoltre, di esplorare l’associazione di queste due strutture con la distribuzione dei fluidi retinici, i biomarcatori neuro-infiammatori e la funzione visiva. Materiali e metodi: questo studio trasversale ha analizzato i dati provenienti da diversi centri, raccogliendo le scansioni OCT di 2.355 occhi di 1.688 pazienti affetti da EMD. Le scansioni SD-OCT sono state analizzate utilizzando un algoritmo IA validato per la quantificazione di fluido intraretinico (IRF), fluido sottoretinico (SRF), foci retinici iperriflettenti infiammatori (I-HRF) e percentuale di interruzione di ELM ed EZ. Gli occhi sono stati successivamente classificati secondo il rapporto d’interruzione ELM/EZ e raggruppati in quattro pattern: nessun’interruzione, interruzione di EZ > ELM, interruzione di ELM > EZ ed interruzione di ELM=EZ. Risultati: l'interruzione di ELM è stata riscontrata nel 21,9% degli occhi e quella di EZ nel 37,6%, indicando una prevalenza più elevata di danni a carico di EZ. Gli occhi con ELM o EZ interrotte hanno mostrato volumi IRF ed SRF significativamente maggiori, oltre che uno spostamento relativo della distribuzione di IRF dall'anello centrale (1 mm) verso l'anello esterno (3–6 mm) (p<0,0001). Sono stati identificati quattro pattern strutturali, con l’interruzione EZ>ELM che rappresenta il modello più frequente (29,8%). Tutti i gruppi con interruzioni hanno mostrato volumi di fluidi più elevati ed una peggior acuità visiva rispetto agli occhi senza alterazioni alla retina esterna. Il numero di I-HRF è risultato significativamente più alto negli occhi con danni predominanti ad EZ, suggerendo una più forte associazione tra perturbazione di EZ e attività neuro-infiammatoria. L’interruzione di ELM ha mostrato, invece, la correlazione più forte con acuità visiva e volume SRF. Conclusioni: il presente studio ha evidenziato come ELM ed EZ si comportino in modo diverso ma sinergico nell’EMD. Le alterazioni di EZ sono più frequenti e associate ad attività infiammatoria, mentre la rottura di ELM sembra riflettere danni strutturali più profondi ed una maggior compromissione funzionale. Integrare le misurazioni di accumuli fluidi con l'analisi dell’integrità degli strati retinici esterni può fornire un quadro strutturale più completo per la caratterizzazione dell’EMD e permettere una valutazione prognostica e strategie terapeutiche maggiormente personalizzate.