Summary
Трабекулярной сети (ТМ) миграция в канале пространства шлеммов может быть вызвано острой высоте давления в ophthalmodynamometer и наблюдали спектральной области оптической когерентной томографии. Цель этого метода заключается в количественном морфометрический ответ живого оттока в острой высоте давления в живых тканях на месте.
Abstract
Механические характеристики трабекулярной сети (TM) связаны с сопротивления оттоку и внутриглазное давление (ВГД) регулирования. Смысл этого метода заключается в непосредственное наблюдение механической реакции ТМ острого повышение ВГД. Перед началом сканирования ВГД измеряли в начале и во время повышение ВГД. Лимба сканируется спектрально-домена оптической когерентной томографии в начале и во время подъема ВГД (ophthalmodynamometer (ODM) применяется на 30 г силы). Сканирование обрабатываются для повышения визуализации водной юмор пути оттока с помощью ImageJ. Сосудистые ориентиры используются для идентификации соответствующих местах в исходных и IOP объемов сканирования рельефа. Шлемм канал площадь (СК) в разрезе (SC-CSA) и длина СК от передней к задней вдоль его длинной оси измеряются вручную в 10 местах в пределах 1 мм сегмента СК. Среднее внутреннего к внешнему расстояния до стенки (короткая продолжительность ось) рассчитывается как площадь СК, разделенной на егоБольшая длина оси. Чтобы изучить вклад прилегающих тканей к действию ВГД высотах, измерения повторяются без и с релаксацией гладкой мускулатуры с закапывания тропикамид. ТМ миграции в СК сопротивляется ТМ жесткости, но усиливается при поддержке его привязанности к соседней гладких мышц в теле мерцательной. Этот метод впервые измерить живую реакцию человека на высоте TM давления в месте в физиологических условиях в человеческом глазу.
Introduction
Глаукома является второй ведущей в мире причиной необратимой слепоты 1. Повышенное внутриглазное давление (ВГД) является основным причинным фактором риска наличия и прогрессирования глаукомы 2-7. ВГД регулируется баланс между образованием и оттока внутриглазной жидкости 8. В местах наибольшего сопротивления оттока являются juxtacanicular ткани и внутренняя стенка Шлемм канал (SC), интерфейс между СК и трабекулярной сети (TM) 9-11. В то время как ТМ жесткость может способствовать предотвращению краха SC в лице повышение ВГД, Оверби др. 12 недавно показали, что экспрессия гена при глаукоме изменяется, что приводит к увеличению жесткости СК эндотелия, препятствуя образованию пор, что приводит к повышение ВГД в глаукоме глаза 13. ТМ морфология и жесткость коррелируют с оттоком объекта 14,15, подчеркивая тему нужно измерить свои биомеханические характеристики.
Атомные измерения силовая микроскопия ТМ показать повышенный жесткость в глазах, пожертвованных глаукомой пациентов (81 кПа) по сравнению с глазами доноров без глаукомы (4,0 кПа) 16, но эти измерения были сделаны в расчлененных бывших естественных условиях ткани. Задняя ТМ якорь в цилиарной мышцы через передние сухожилий продольных мышечных клеток, которые вставляют в наружный ламелированной и cribiform ТМ 17. Мышцы (КМ) Мерцательная может увеличить упругость TM, имитируя повышенной жесткости TM 17. Возможность наблюдать изменения в устойчивости к SC распада, индуцированного возмущений гладких мышц было показано на модели животных 18. Мы продемонстрировали способность к неинвазивно изображения основной водной системе юмор отток в живых человеческих глаз дистальнее и в том числе с использованием SC спектральной области оптической когерентной томографии (ОКТ) <SUP> 19-21. Используя эту технику, мы продемонстрировали способность количественно морфометрический ответ ТМ и СК в острой повышение ВГД 22.
Общая цель метода, описанного здесь было количественно морфометрический ответ живого оттока в острой повышение ВГД в живых тканях на месте. Этот метод имеет то преимущество, рассматривая TM в физиологических условиях, который включает вклады как сократительной волокон в пределах ТМ и ТМ см до жесткости, по сравнению с опубликованными измерений, выполненных в рассеченных тканей. Обоснованием применения этого метода для наблюдения механической ответ ТМ является то, что дает нам в противном случае проникновения в недоступные механического поведения ТМ, которые мы сейчас знаем, связаны непосредственно сопротивления оттоку и ВГД регулирования 13. Для различить вклад сократительных тканей к общей жесткости, небольшой кижучаRT испытуемых исследовали без и с подавлением активности гладких мышц путем введения тропикамид.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Этика себе: Утверждение была получена из Institutional Review Board университета Питтсбурга школы медицины в до начала предметом найма. Все субъекты дали письменное информированное согласие до участия в исследовании.
1. Сбор данных
- Высота давления
- Возьмите базовые измерения ВГД (и восьмеричные измерений), внушая одну каплю 0,5% пропаракаина в глаза. Подождите 3 мин для эффективности.
- Осторожно применять давление на временной склеры с ophthalmodynamometer, 30 г в когорте 1 и 5, а затем 10 г в когорте 2. Затем возьмите желаемых (IOP и ОКТ) измерения следующим образом
- ВГД Измерения
- Измерьте базовой ВГД. Поднимите давление, как описано в разделе 1.1.
- В когорте 1 привить одну каплю 0,5% пропаракаина, позволяют 3 мин для эффективности и применять 30 г давления в склеры. В то время как давление применяется, измерения ВГД с помощью тонометра следующий производИнструкции по cturer.
- В когорте 2, привить одну каплю 0,5% пропаракаина, позволяют 3 мин для эффективности и применять 5 г склеры давлении с использованием ophthalmodynamometer. Измерьте ВГД во время подъема давления, следуя инструкциям тонометр следующего производителя.
- Подождите 5 минут после измерения 5 г.
- Применить 10 г склеры давлением ophthalmodynamometer, и измерить внутриглазное давление во время подъема давления с помощью тонометра в соответствии с инструкциями изготовителя. Запишите ВГД и состояние (т.е., базовые или 10 г) в протоколе исследования.
- Октябрь Сканирование
- Автокресло тему на сканере Октябрь. Введите пациентов демографические данные для новых субъектов, или вспомнить демографические данные из базы данных для ранее октября отсканированных предметов.
- Выберите протокол 512 х 128 сканирования переднего сегмента. Сосредоточьте взгляд на окна видеоизображения. Уменьшите расстояние между сканероми глаз, пока роговица поперечного сечения изображения не появляется в окне сканирования
- Использование словесных команд расположить временную лимб в центре окна сканирования, направляя взгляд пациента в носовой направлении
- Приобретать базовой сканирование, и рассмотреть сканирование качества. Если это приемлемо, за исключением, и если не приемлемо, повторите этот шаг.
- Принять сканирования, если нет мигать, и угол визуализируется по всему объему без дрейфующих края изображения или листать вверху.
- Привить одну каплю 0,5% пропаракаина, позволяют 3 мин для эффективности, и повторите шаги 1.3.2 через 1.3.5.
- Для когорты 1, применяются 30 г склеры давлением ophthalmodynamometer, и приобрести сканирование в то время как давление применяется. Снимите давление и пересмотреть сканирование качества. Если это приемлемо, за исключением, и если не приемлемо, повторите этот шаг.
- Для когорты 2, применяются 5 г склеры давлением ophthalmodynamomметр, и приобрести сканирование в то время как давление применяется. Снимите давление и пересмотреть сканирование качества. Если это приемлемо, за исключением, и если не приемлемо, повторите этот шаг.
- Подождите 5 минут, позволяющие глаз, чтобы оправиться от 5 г давления возмущения.
- Для когорты 2, применяются 10 г склеры давлением ophthalmodynamometer, и приобрести сканирование в то время как давление применяется. Снимите давление и пересмотреть сканирование качества. Если это приемлемо, за исключением, и если не приемлемо, повторите этот шаг.
- Запишите время сканирования, состояние (т.е., базовые или 10 г) и расположение в протоколе исследования.
- ВГД Измерения
2. Обработка данных
- Подключите высокой емкости для хранения USB-устройство в октябре Выберите "Экспорт" из меню Записи на октябрь Назначить местоположение файла для экспортируемых файлов на диске USB. Де-выберите опцию ".zip". Введите имя пациента для СКANS будет экспортироваться, и выберите сканы для экспорта. Инициировать экспорт.
- Когда экспорт закончится, отключить привод USB и удалить из октября Подключите высокой емкости USB жесткий диск, содержащий экспортированные изображения в рабочей станции для обработки изображений.
- Запустите программу обработки изображений в этом случае ImageJ.
- Импорт данных изображения сырой; выберите "Файл -> Импорт -> Сырье" из меню файла. Выберите файл с окончанием в "_cube_raw.img" должны быть обработаны с диска USB.
- Сохранить импортированный файл, используя новое имя, так что исходные данные изображения сохраняются неизменными (http://www.ori.dhhs.gov/education/products/RIandImages).
- Введите параметры импорта, как следует, тип изображения: 8 бит, ширина: 512, высота: 1024, Смещение: 0; Количество изображений: 128.
- Выберите "Плагины -> R egistration -> StackReg" из меню плагинов. И затем выберите «твердого тела"Вариант. Затем выберите "File -> Save As -> TIFF", чтобы сохранить выровненный стек.
- Выберите "Process -> Фильтры -> Среднее 3D" в меню процесса. Введите параметры Х = 1, Y = 1, а Z = 1, как опции фильтра. Повторите этот шаг дважды.
- Выберите "Файл -> Сохранить как -> TIFF", чтобы сохранить усредненный стек. Вращайте колесо мыши, чтобы перейти к рамке 1 активного стека.
- Выберите "Process -> Повышение локальный контраст (CLAHE)" в меню обработки. Используйте размер блока параметров: 31, гистограммы бункеров: 256, максимальный наклон: 5, маска: Нет, и выберите опцию "быстрый". Используйте клавишу со стрелкой вправо, чтобы перейти к следующему кадру.
- Перейти к раме 2 активного стека и повторить Процессуальная> Повышение локальный контраст (CLAHE). Повторяйте, пока все кадры не имели контраст усиливается.
- Выберите "Файл -> Сохранить как -> TIFF"; чтобы сохранить стопку контрастным усилением. Затем выберите "Image -> Adjust -> Размер" из меню Image. Снимите флажок "Ограничить Aspect Ratio", затем введите Ширина: 2048 и высоту: 1024 значений.
- Выберите "Изображение -> Transform -> Flip Вертикально" из меню Image. Затем выберите "Анализ -> Set Scale" в меню Analyze. Введите расстояние в пикселях: 2048, известном расстоянии: 4000, и Pixel Aspect Ratio: 1, и нажмите кнопку ОК. Выберите "Файл -> Сохранить как -> TIFF", чтобы сохранить калиброванный соотношении 1: 1 стек сторон.
- Медленно вращать колесо мыши, чтобы визуально исследовать сканирование, чтобы определить характерный переход судна служить в качестве точки отсчета в сканирований. Запишите номер кадра номер изображения и ссылки в таблице анализа.
- Нажмите левую клавишу со стрелкой 15 раз, чтобы перейти к первому кадру измерения. Выберите "Freehand SelectionsR21; инструмент на панели инструментов.
- Наведите в центре СК и нажмите стрелку вверх. Повторите этот шаг, пока не СК заполняет экран.
- Вручную сегмент СК по кругу границу с помощью мыши. Держите (Ctrl) ключ управления и нажмите D для текущего кадра изображения. Удерживая клавишу Ctrl, и нажмите M. Расшифруйте измерения SC площади поперечного сечения и количества измерений кадров для анализа таблицы. Де-выберите структурированную область. Нажмите стрелку вправо ключ 3 раза. Повторите этот шаг, пока не СК были измерены в 10 кадров.
- Нажмите левую клавишу со стрелкой 30 раз, чтобы вернуться к первому кадру измерения.
- Выберите отрезок прямой инструмент из панели инструментов.
- Нарисуйте прямую линию от передне-задней самому-самых местах на СК. Удерживая клавишу управления и нажмите D только для текущего кадра. Удерживая клавишу управления и нажмите длину М. Расшифруйте SC и номер кадра для анализа таблицы. Де-выберите структурированную область. Нажмите клавишу со стрелкой вправо3 раза. Повторите этот шаг, пока длина СК не был измерен в тех же 10 кадров как области SC поперечного сечения.
- Вставьте уравнение SC-IOWD длину = СК-CSA / осевой в таблице анализа для расчета средней SC внутреннюю стенку с расстояния внешняя стенки (SC-IOWD) путем деления измерения площадей по измерениям длины.
- Нажмите левую клавишу со стрелкой 30 раз, чтобы вернуться к первому кадру измерения.
- Выберите отрезок прямой инструмент из панели инструментов.
- Нарисуйте прямую линию от передне-самых на СК к границе трабекулярной сети и передней камеры. Убедитесь, что линия перпендикулярна границе. Удерживая Ctrl и нажмите D, затем М.
- Проведите линию от задней-самых месте СК и на границе ТМ и передней камеры. Убедитесь, что линии, перпендикулярной к границе. Hold Control и нажмите D, затем М.
- Нарисуйте линию от центра СК и на границе ТМ и передней камеры. Убедитесь, что линье перпендикулярно к границе. Удерживая клавишу управления и нажмите D только для текущего кадра.
- Расшифруйте три измерения толщины ТМ и номер кадра для анализа таблицы. Для этого нажмите правую стрелку ключ 3 раза. Повторите этот шаг, пока толщина ТМ не была измерена в тех же 10 кадров как области SC поперечного сечения.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Используя эти методы сбора данных и анализа изображений, эффекты малых и больших изменений ВГД на отток тракта морфологических параметров, таких как SC площади поперечного сечения получаются (рисунок 1). Мы видим, что высокие уровни повышения ВГД производить наблюдаемый распад СК, в лице большого сокращения площади поперечного сечения. Глаз по-видимому, способен вместить небольшое увеличение ВГД, о чем свидетельствует отсутствие изменений в SC-CSA (рисунок 1). Эти результаты показывают, что метод способен количественного морфометрического реакцию выходного тракта с острой проблемой ВГД. Ни один другой семейство технологий или методов не обеспечивает как визуальную и количественную информацию о биомеханике выносящего тракта.
На протяжении всего исследования, не наблюдалось никаких существенных изменений в толщине TM. В ответ на 23 мм рт.ст. ВГД увеличение, SC внутреннего к внешнему расстояния до стенки была уменьшена на 5,03 мкм. Втез и с подавлением активности гладких мышц, увеличение 6 мм рт.ст. ВГД вызвано СК внутреннего к внешнему расстояния до стенки уменьшится на 0,18 мкм и 2,34 мкм соответственно. Кроме того, базовый SC-CSA снизилась с 4597 ± 2503 мкм 2 на 3588 ± 1,198 мкм 2 (среднее значение ± стандартное отклонение) с гладкой подавления мышечной активности. Вместе с включением передних сухожилий от цилиарной мышцы, которые вставить в наружную ламелированной и cribiform ТМ 17, это означает, систему управления для поддержания проходимости SC участием гладкие мышцы. Дальнейшее изучение заслуживает.
Рисунок 1. Канал площадь шлеммов против внутриглазного давления в живых глазах. Канал шлемма (СК) площади поперечного сечения из двух когорт субъектов предоставляются. Усы настоящее 1 стандартная ошибка в Intraocular давление (ВГД) на оси абсцисс, и СК область на оси ординат.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Настоящая методика использует неинвазивный наблюдение механической реакции мягких тканей для количественного крах SC. Будущая работа с использованием трупных глаз человека требуется для калибровки ткани отклонений фактической жесткости ткани после вскрытия. Но такие исследования будут страдать те же ограничения предыдущих моделей оттока; В частности, о том, что взносы, проживающих в мышцах ткани напряженности не будет присутствовать. Кроме того калибровки в живом млекопитающих модели глаза может позволить калибровку изображений и прямых измерений жесткости TM.
Есть несколько ограничений к технике. Это еще должно быть продемонстрировано на других платформах Октябрь. Литературы показывает, что одни и те же структуры могут быть визуализированы на других устройствах окт однако чувствительность к изменений, связанных с острой ВГД высоте на этих устройствах до сих пор не показано в человеческих глаз. Настоящее устройство используется из соображений удобства, а не дополнительная оптика нетребуется для сканирования переднего сегмента. Большой проблемой этой работы является выявление СК в сканирований. Невозможно однозначно определить SC в пределах этого блока. Допрос объема требуется сначала найти площадь ткани, содержащий СК. Его личность, то подтверждается наблюдением коллектор канала Остии, и взаимосвязи различных сегментов СК, которые появляются кусочек нарезать. По нашему опыту, СК будет представить как от 0 до 4 отверстия внутри лимба, которые могут сливаться в один большой отверстия возле устья коллектора канала, или свернуть в ущипнул разделе полного закрытия.
Наибольшее значение этого метода прорыва в том, что нет никакого другого выбора для оценки ТМ жесткости на месте. Морфология и жесткость ТМ коррелируют с оттоком объекта 14,15, подчеркивая необходимость измерения биомеханических характеристик пути оттока. В будущем,такие измерения могут дать представление в данный момент недоступен в управлении глаукомы.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Доктор Шуман получил гонорары за интеллектуальную собственность лицензированного Массачусетского технологического института и Массачусетского глаз и ушей лазарет Zeiss, Inc.
Materials
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Spectral Domain OCT | Zeiss | Cirrus | |
Imaging Workstation | Apple | iMac | |
Ophthalmodynamometer | Baillairt Matalene Ophthalmodynamometer, Surgical instruments CO., Inc. New York, NY | ||
Image Processing Program | rsb.info.nih.gov/ij | ImageJ, FIJI |
References
- Quigley, H. A., Broman, A. T. The number of people with glaucoma worldwide 2010 and 2020. The British journal of ophthalmolog. 90, 262-267 (2006).
- Sommer, A., et al. Relationship between intraocular pressure and primary open angle glaucoma among white and black Americans. The Baltimore Eye Survey. Archives of ophthalmolog. 109, 1090-1095 (1991).
- Sommer, A., et al. Racial differences in the cause-specific prevalence of blindness in east Baltimore. The New England journal of medicin. 325, 1412-1417 (1991).
- Leske, M. C., Connell, A. M., Wu, S. Y., Hyman, L., Schachat, A. P.
Distribution of intraocular pressure. The Barbados Eye Study. Archives of ophthalmolog. 115, 1051-1057 (1997). - Leske, M. C., Wu, S. Y., Hennis, A., Honkanen, R., Nemesure, B. Risk factors for incident open-angle glaucoma: the Barbados Eye Studies. Ophthalmolog. 115, 85-93 (2008).
- Mitchell, P., Lee, A. J., Rochtchina, E., Wang, J. J. Open-angle glaucoma and systemic hypertension: the blue mountains eye study. Journal of glaucom. 13, 319-326 (2004).
- Mitchell, P., Smith, W., Attebo, K., Healey, P. R. Prevalence of open-angle glaucoma in Australia. The Blue Mountains Eye Study. Ophthalmolog. 103, 1661-1669 (1996).
- Gabelt, B., Kaufman, P. Adler's Physiology of the Ey. Kaufman, P. L. , Mosby. 237-289 (2003).
- Grant, W. M. Experimental aqueous perfusion in enucleated human eyes). Archives of ophthalmolog. 69, 783-801 (1963).
- Jocson, V. L., Sears, M. L. Experimental aqueous perfusion in enucleated human eyes. Results after obstruction of Schlemm's canal. Archives of ophthalmolog. 86, 65-71 (1971).
- Maepea, O., Bill, A. Pressures in the juxtacanalicular tissue and Schlemm's canal in monkeys. Experimental eye researc. 54, 879-883 (1992).
- Johnstone, M. A., Grant, W. G. Pressure-dependent changes in structures of the aqueous outflow system of human and monkey eyes. American journal of ophthalmolog. 75, 365-383 (1973).
- Overby, D. R., et al. Altered mechanobiology of Schlemm's canal endothelial cells in glaucoma. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of Americ. , (2014).
- Allingham, R. R., de Kater, A. W., Ethier, C. R. Schlemm's canal and primary open angle glaucoma: correlation between Schlemm's canal dimensions and outflow facility. Experimental eye researc. 62, 101-109 (1996).
- Camras, L. J., Stamer, W. D., Epstein, D., Gonzalez, P., Yuan, F. Differential effects of trabecular meshwork stiffness on outflow facility in normal human and porcine eyes. Investigative ophthalmolog., & visual scienc. 53, 5242-5250 (2012).
- Last, J. A., et al. Elastic modulus determination of normal and glaucomatous human trabecular meshwork. Investigative ophthalmolog., & visual. 52, 2147-2152 (2011).
- Lutjen-Drecoll, E. Functional morphology of the trabecular meshwork in primate eyes. Progress in retinal and eye researc. 18, 91-119 (1999).
- Li, G., et al. Pilocarpine-induced dilation of Schlemm's canal and prevention of lumen collapse at elevated intraocular pressures in living mice visualized by OCT. Investigative ophthalmolog., & visual scienc. 55, 3737-3746 (2014).
- Francis, A. W., et al. Morphometric analysis of aqueous humor outflow structures with spectral-domain optical coherence tomography. Investigative ophthalmolog., & visual. 53, 5198-5207 (2012).
- Kagemann, L., et al. 3D visualization of aqueous humor outflow structures in-situ in humans. Experimental eye researc. 93, 308-315 (2011).
- Kagemann, L., et al. Identification and assessment of Schlemm's canal by spectral-domain optical coherence tomography. Investigative ophthalmolog., & visual. 51, 4054-4059 (2010).
- Kagemann, L., et al. IOP Elevation Reduces Schlemm's Canal Cross-sectional Area. Investigative ophthalmolog & visual scienc. , (2014).