Summary

Retinale Vaskuläre Reaktivität nach der optischen Kohärenztomographie Angiographie

Published: March 26, 2020
doi:

Summary

Dieser Artikel beschreibt eine Methode zur Messung der retinalen Vaskulaturreaktivität in vivo mit menschlichen Probanden, die eine Gasatmungsprovokationstechnik verwenden, um vasoaktive Reize zu liefern und dabei Netzhautbilder zu erfassen.

Abstract

Es hat sich gezeigt, dass sich die vaskuläre Versorgung der Netzhaut dynamisch durch Vasokonstriktion und Vasodilatation an die metabolischen Anforderungen der Netzhaut anpasst. Dieser Prozess, der als retinale vaskuläre Reaktivität (RVR) bezeichnet wird, wird durch neurovaskuläre Kopplung vermittelt, die sehr früh bei netzretinalen Gefäßerkrankungen wie diabetischer Retinopathie beeinträchtigt wird. Daher kann eine klinisch durchführbare Methode zur Beurteilung der Gefäßfunktion sowohl in der Forschung als auch in der klinischen Umgebung von erheblichem Interesse sein. Kürzlich wurde die In-vivo-Bildgebung der Netzhautvaskulatur auf Kapillarebene durch die FDA-Zulassung der optischen Kohärenztomographie (OCTA), einer nichtinvasiven, minimalen Risiko- und Farbstoff-Angiographie-Methode mit Kapillar-Auflösung, ermöglicht. Gleichzeitig haben mehrere Forscher physiologische und pathologische Veränderungen im RVR gezeigt. Die in diesem Manuskript gezeigte Methode wurde entwickelt, um RVR mit OCTA zu untersuchen, ohne dass Änderungen an den klinischen bildgebenden Verfahren oder Geräten erforderlich sind. Es zeigt Echtzeit-Bildgebung der Netzhaut und Netzhaut vaskulatur während der Exposition gegenüber hyperkapnischen oder hyperoxischen Bedingungen. Die Prüfung wird leicht mit zwei Mitarbeitern in weniger als 30 min mit minimalem Fachbeschwerden oder Risiko durchgeführt. Diese Methode ist an andere ophthalmologische Bildgebungsgeräte anpassbar und die Anwendungen können je nach Zusammensetzung des Gasgemisches und patientenbezogener Patienten variieren. Eine Stärke dieser Methode ist, dass es eine Untersuchung der retinalen Vaskulärfunktion auf Kapillarebene bei menschlichen Probanden in vivo ermöglicht. Einschränkungen dieser Methode sind weitgehend die von OCTA und anderen retinalen Bildgebungsmethoden einschließlich bildgebender Artefakte und einem eingeschränkten Dynamikbereich. Die Ergebnisse der Methode sind OCT- und OCTA-Bilder der Netzhaut. Diese Bilder sind für jede Analyse zugänglich, die auf handelsüblichen OCT- oder OCTA-Geräten möglich ist. Die allgemeine Methode kann jedoch an jede Form der ophthalmologischen Bildgebung angepasst werden.

Introduction

Der metabolische Bedarf der Netzhaut ist abhängig von einer ausreichenden und konstanten Sauerstoffversorgung durch ein gut reguliertes System von Arteriolen, Kapillaren und Venulen1. Mehrere Studien haben gezeigt, dass die Funktion von großkalibrigen menschlichen Netzhautgefäßen in vivo mit verschiedenen physiologischen2,3,4,5 und pharmakologischen6,,7 Reizen beurteilt werden kann. Darüber hinaus ist die abnormale Funktion dieses Gefäßsystems bei retinalen Gefäßerkrankungen wie der diabetischen Retinopathie weit verbreitet, bei der sich gezeigt hat, dass die retinale vaskuläre Reaktivität (RVR) bereits in den frühesten Stadien8,9 durch Gasprovokation9 und flackernde Lichtexperimente5,10,11abgeschwächt wurde. Retinale vaskuläre Risikofaktoren wie Rauchen wurden auch mit eingeschränktem RVR12 und retinalen Blutfluss13korreliert. Diese Ergebnisse sind wichtig, da die klinischen Symptome der retinalen Gefäßerkrankung relativ spät im Krankheitsprozess auftreten und nachgewiesene frühe klinische Marker der Krankheit fehlen14. So kann die Beurteilung von RVR nützliche Messgrößen für die Gefäßintegrität für die frühzeitige Beurteilung von Anomalien liefern, die netzhautdegenerative Erkrankungen initiieren oder verschlimmern können.

Frühere RVR-Experimente stützten sich in der Regel auf Geräte wie ein Laser-Blutdurchflussmessgerät9 oder Funduskameras, die mit speziellen Filtern15 für die Netzhautbildaufnahme ausgestattet waren. Diese Technologien sind jedoch für Gefäße mit größerem Durchmesser wie Arteriole16 und Venules15optimiert, bei denen gas-, mikronährstoffs und molekularer Austausch nicht stattfindet. Eine neuere Studie war in der Lage, den RVR von Kapillaren mit adaptiver Optik Bildgebung17zu quantifizieren, aber trotz der verbesserten räumlichen Auflösung, diese Bilder haben eine kleinere Feldgröße und sind nicht FDA für den klinischen Einsatz zugelassen18.

Das jüngste Aufkommen der optischen Kohärenztomographie (OCTA) hat eine FDA-zugelassene, nichtinvasive und farbstofflose angiographische Methode zur Beurteilung von Kapillarniveauveränderungen bei menschlichen Patienten und Probanden in vivogeliefert. OCTA ist in der klinischen Praxis weithin als wirksames Werkzeug zur Beurteilung von Beeinträchtigungen bei Kapillarperfusion bei retinalen Gefäßerkrankungen wie diabetischer Retinopathie19, retinalen venösen Okklusionen20, Vaskulitis21 und vielen anderen22. OCTA bietet daher eine ausgezeichnete Gelegenheit zur Bewertung von Kapillarniveauveränderungen, die signifikante räumliche und zeitliche Heterogenität23 sowie pathologische Veränderungen in einem klinischen Umfeld aufweisen können. Unsere Gruppe hat vor kurzem gezeigt, dass OCTA verwendet werden kann, um die Reaktionsfähigkeit von Netzhautgefäßen auf der Kapillarebene2 auf physiologische Veränderungen des inspirierten Sauerstoffs zu quantifizieren, der ein retinaler vasokonstriktiver Stimulus16,24und Kohlendioxid ist, das ein retinaler vasodilatorischen Stimulusist 3,5.

Das Ziel dieses Artikels ist es, ein Protokoll zu beschreiben, das es dem Leser ermöglicht, die retinale vaskuläre Reaktivität der kleineren Arteriolen und Kapillarbetten mit OCTA zu beurteilen. Die Methoden sind an die in Lu et al.25 vorgestellten angepasst, die die Messung der zerebrovaskulären Reaktivität mit Magnetresonanztomographie beschrieben. Obwohl die vorliegenden Methoden während der OCTA-Bildgebung2entwickelt und verwendet wurden, sind sie auf andere retinale Bildgebungsgeräte mit relativ einfachen und offensichtlichen Modifikationen anwendbar.

Protocol

Diese Studie wurde vom Institutional Review Board der University of Southern California genehmigt und hielt sich an die Grundsätze der Erklärung von Helsinki. 1. Einrichtung von Gas-Nicht-Rebreathing-Geräten Abbildung 1: Diagramm des Nicht-Rebreathing-Geräts. Die vollständige Einrichtung wurde je nach Funktion und Häufigkeit, mi…

Representative Results

Der Ausgang dieses Experiments besteht aus den manuellen Messwerten des Pulsoximeters, dem für die Gasexposition oder OCTA-Scanning festgestellten Timing und den rohen OCTA-Bilddaten. Ein OCTA-Bild besteht aus den OCT-B-Scans und dem Dekorrelationssignal, das jedem B-Scan zugeordnet ist. Die Datenparameter werden durch die Spezifikationen des Geräts angegeben. Es wurde eine gefegte Laserplattform OCTA-Maschine mit einer zentralen Wellenlänge von 1040–1060 nm eingesetzt. Die Bilder bieten eine Querauflösung von 20 m…

Discussion

Die soeben beschriebene Methodik ist das komplette Protokoll für ein Gasatmungsprovokationsexperiment, das die Messung des RVR eines Subjekts in einer kontrollierten Umgebung zu bestimmten Zeitpunkten ohne Änderungen am OCTA-Bildgebungsgerät und minimalen Beschwerden oder Risiken für das Subjekt ermöglicht. Dieses Setup wird so beschrieben, dass einfache Änderungen an die Bedürfnisse des Forschers zugeschnitten werden können. Es kann zusätzliche Schläuche aufnehmen, um verschiedene Klinikräume zu passen und be…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Diese Arbeit wurde unterstützt von NIH K08EY027006, R01EY030564, UH3NS100614, Research Grants from Carl Zeiss Meditec Inc (Dublin, CA) and Unrestricted Department Funding from Research to Prevent Blindness (New York, NY).

Materials

5% CO2 gas [5% CO2, 21% O2, 74% N2] (Compressed) Institution Dependent (Praxair)
Bacdown Disinfectant Detergent Decon Labs 8001 https://deconlabs.com/products/disinfectant-bdd/
Clean-Bor Tubes (35 mm Inner Diameter) Vacumed 1011-108 http://www.vacumed.com/zcom/product/Product.do?compid=27&skuid=1197
Cuff adapter for Douglas bag filling Vacumed 22254 http://www.vacumed.com/zcom/product/Product.do?compid=27&prodid=343
Douglas bag (200-liter capacity) Harvard Apparatus 500942 https://www.harvardapparatus.com/douglas-bag.html
Elbow Joint (Inner Diameter 19mm/ Outer Diameter 22 mm), Modified in House
Fingertip Pulse Oximeter (Pro-Series) CMS CMS 500DL https://www.walmart.com/ip/Pro-Series-CMS-500DL-Fingertip-Pulse-Oximeter-Blood-Oxygen-Saturation-Monitor-with-silicon-cover-batteries-and-lanyard/479049154
Gas Delivery Tube (22 mm Inner Diameter) Modified in House
Gas filling tube (1/8" for compressed gas)
Hydrogen Peroxide Cleaner Disinfectant Wipes Clorox Healthcare 30824 https://www.cloroxpro.com/products/clorox-healthcare/hydrogen-peroxide-cleaner-disinfectants/?gclid=EAIaIQobChMIk-KG4vi15QIVcRh9Ch0NNwLPEAAYASAAEgJIa_D_BwE&gclsrc=aw.ds
Lubricant Eye Drops Refresh Refresh Plus https://www.refreshbrand.com/Products/refresh-plus
Manual Directional Control Valves: Three-Way T-Shape Stopcock Type (Inner Diameter 28.6 mm, Outer Diameter 35 mm) Hans Rudolph 2100C Series www.rudolphkc.com
Medical O2 (Compressed) Institution Dependent
Mouth piece (Silicone, Model #9061) Hans Rudolph 602076 www.rudolphkc.com
OCTA Imaging Device (PLEX Elite 9000) Carl Zeiss Meditec, Dublin, CA, USA https://www.zeiss.com/meditec/int/product-portfolio/optical-coherence-tomography-devices/plex-elite-9000-swept-source-oct.html
Phenylephrine Hydrochloride Ophthalmic Solution, USP 2.5% Paragon Bioteck, Inc NDC 42702-102-15 https://paragonbioteck.com/products/diagnostics/phenylephrine-hydrochloride-ophthalmic-solution-usp-2-5/
Plastic Nose Clip Sterile Foam CS100 Sklar Sterile 96-2951 https://www.sklarcorp.com/disposables/plastic/plastic-nose-clip-sterile-foam-box-of-100.html
Proparacaine Hydrochloride Ophthalmic Solution, USP .5% Bausch + Lomb NDC 24208-730-06 https://www.bausch.com/ecp/our-products/rx-pharmaceuticals/generics
Regulator (tank dependent- 5% CO2: Fisherbrand Mulitstage Gas Cylinder Regulators) Genstar Technologies Company 10575150 https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-multistage-cylinder-regulators-22/10575150?keyword=true
Regulator (tank dependent- Oxygen: Fisherbrand Multistage Gas Cylinder Regulators) Genstar Technologies Company 10575145 https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-multistage-cylinder-regulators-22/10575145?keyword=true
Rubber Tubing (Inner diameter 19 mm, Outer diameter 27 mm), Made in House
Sealing tape- Parafilm Wrap (2" Wide) Cole Parmer PM992 https://www.coleparmer.com/i/parafilm-pm992-wrap-2-wide-250-ft-roll/0672050?PubID=VV&persist=True&ip=no&gclid=EAIaIQobChMInY3vqomz5QIVfyCtBh1VSg64EAAYASAAEgJ9n_D_BwE
Sterile Alcohol Prep Pads Medline MDS090670 https://www.medline.com/product/Sterile-Alcohol-Prep-Pads/Swab-Pads/Z05-PF03816
Tropicamide Ophthalmic Solution, USP 1% Akorn NDC 17478-102-12 http://www.akorn.com/prod_detail.php?ndc=17478-102-12
Tubing Adapter, Made in House
Two-way non-rebreathing valve (2600 Series- Inner Diameter 28.6 mm, Outer Diameter 35 mm) Hans Rudolph 2600 Series, UM-112078 www.rudolphkc.com

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Kushner-Lenhoff, S., Ashimatey, B. S., Kashani, A. H. Retinal Vascular Reactivity as Assessed by Optical Coherence Tomography Angiography. J. Vis. Exp. (157), e60948, doi:10.3791/60948 (2020).

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