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Neurociência

Réactivité vasculaire rétinienne évaluée par l’angiographie de la tomographie de la cohérence optique

Published: March 26, 2020
doi:
10.3791/60948
, ,
1Department of Ophthalmology,USC Roski Eye Institute, 2USC Ginsberg Institute for Biomedical Therapeutics,Keck School of Medicine of the University of Southern California

Summary

Cet article décrit une méthode pour mesurer la réactivité réactivature rétinienne de vascularisation in vivo avec des sujets humains utilisant une technique de provocation de respiration de gaz pour délivrer des stimuli vasoactives tout en acquérant des images rétiniennes.

Abstract

L’approvisionnement vasculaire à la rétine a été montré pour s’adapter dynamiquement par vasoconstriction et vasodilatation pour répondre aux exigences métaboliques de la rétine. Ce processus, appelé réactivité vasculaire rétinienne (RVR), est médié par le couplage neurovasculaire, qui est altéré très tôt dans les maladies vasculaires rétiniennes telles que la rétinopathie diabétique. Par conséquent, une méthode cliniquement faisable d’évaluer la fonction vasculaire peut être d’un intérêt significatif à la fois dans la recherche et les milieux cliniques. Récemment, l’imagerie in vivo de la vascularisation rétinienne au niveau capillaire a été rendue possible par l’approbation de FDA de l’angiographie de tomographie de cohérence optique (OCTA), une méthode non invasive, minimale de risque et d’angiographie sans teint avec la résolution de niveau capillaire. Parallèlement, des changements physiologiques et pathologiques dans le RVR ont été montrés par plusieurs investigateurs. La méthode indiquée dans ce manuscrit est conçue pour étudier le RVR à l’aide de l’OCTA sans avoir besoin de modifications aux procédures ou appareils d’imagerie clinique. Il démontre l’imagerie en temps réel de la rétine et la vascularisation rétinienne lors de l’exposition à des conditions hypercapniques ou hyperoxiques. L’examen est facilement effectué avec deux membres du personnel en moins de 30 minutes avec un minimum d’inconfort ou de risque sujet. Cette méthode est adaptable à d’autres dispositifs d’imagerie ophtalmique et les applications peuvent varier en fonction de la composition du mélange de gaz et de la population de patients. Une force de cette méthode est qu’elle permet une étude de la fonction vasculaire rétinienne au niveau capillaire dans les sujets humains in vivo. Les limites de cette méthode sont en grande partie celles de l’OCTA et d’autres méthodes d’imagerie rétinienne, y compris les artefacts d’imagerie et une plage dynamique restreinte. Les résultats obtenus à partir de la méthode sont des images OCT et OCTA de la rétine. Ces images sont à l’écoute de toute analyse possible sur les périphériques OCT ou OCTA disponibles dans le commerce. La méthode générale, cependant, peut être adaptée à n’importe quelle forme d’imagerie ophtalmique.

Introduction

La demande métabolique de la rétine dépend d’un approvisionnement adéquat et constant en oxygène fourni par un système bien réglementé d’artérioles, de capillaires et de venuesles1. Plusieurs études ont démontré que la fonction des vaisseaux rétiniens humains de plus grand calibre peut être évaluée in vivo avec divers physiologiques2,3,4,5 et pharmacologiques6,7 stimuli. En outre, la fonction anormale de ce système vasculaire est commune dans les maladies vasculaires rétiniennes telles que la rétinopathie diabétique où la réactivité vasculaire rétinienne (RVR) a été montré pour être atténuée même dans ses premiers stades8,9 à la fois par provocation de gaz9 et des expériences de lumière vacillante5,10,11. Les facteurs de risque vasculaires rétinaux tels que le tabagisme ont également été corrélés avec le RVR12 altéré et le flux sanguin rétinien13. Ces résultats sont importants puisque les symptômes cliniques de la maladie vasculaire rétinienne se produisent relativement tard dans le processus de la maladie et les marqueurs cliniques tôt prouvés de la maladie manquent14. Ainsi, l’évaluation de RVR peut fournir des mesures utiles de l’intégrité vasculaire pour l’évaluation tôt des anomalies qui peuvent initier ou exacerber les maladies dégénératives rétiniennes.

Les expériences précédentes de RVR se sont généralement appuyées sur des dispositifs tels qu’un débit de sang laser9 ou des caméras de fundus équipées de filtres spéciaux15 pour l’acquisition d’images rétinales. Cependant, ces technologies sont optimisées pour les navires de plus grand diamètre tels que les artérioles16 et les15, qui ne sont pas là où le gaz, le micronutriment et l’échange moléculaire se produisent. Une étude plus récente a été en mesure de quantifier le RVR des capillaires en utilisant l’imagerie optique adaptative17, mais en dépit de la résolution spatiale améliorée, ces images ont une plus petite taille de champ et ne sont pas approuvés par la FDA pour une utilisation clinique18.

L’avènement récent de l’angiographie de tomographie de cohérence optique (OCTA) a fourni une méthode angiographique approuvée par la FDA, non invasive et sans teinture d’évaluer les changements de niveau capillaire chez les patients humains et les sujets in vivo. OCTA est largement accepté dans la pratique clinique comme un outil efficace pour évaluer l’affaiblissement de la perfusion capillaire dans les maladies vasculaires rétiniennes telles que la rétinopathie diabétique19, occlusions veineuses rétiniennes20, vasculitis21 et beaucoup d’autres22. OCTA fournit donc une excellente occasion pour l’évaluation des changements de niveau capillaire, qui peuvent avoir l’hétérogénéité spatiale et temporelle significative23 ainsi que des changements pathologiques, dans un cadre clinique. Notre groupe a récemment démontré que l’OCTA peut être utilisée pour quantifier la réactivité des vaisseaux rétinaires au niveau capillaire2 aux changements physiologiques de l’oxygène inspiré, qui est un stimulus vasoconstrictif rétinaire16,24, et le dioxyde de carbone, qui est un stimulus vasodilaté rétinaire3,5.

Le but de cet article est de décrire un protocole qui permettra au lecteur d’évaluer la réactivité vasculaire rétinienne des petits artérioles et lit capillaire à l’aide de l’OCTA. Les méthodes sont adaptées de celles présentées dans Lu et autres25 qui ont décrit la mesure de la réactivité cérébrovasculaire avec la formation image de résonance magnétique. Bien que les méthodes actuelles aient été développées et utilisées lors de l’imagerieOCTA 2,elles s’appliquent à d’autres dispositifs d’imagerie rétinienne avec des modifications relativement simples et évidentes.

Protocol

Cette étude a été approuvée par l’University of Southern California Institutional Review Board et a adhéré aux principes de la Déclaration d’Helsinki. 1. Configuration de l’appareil de non-réfrigération du gaz Figure 1 : Diagramme de l’appareil non respirant. La configuration complète a été divisée en trois unité…

Representative Results

La sortie de cette expérience se compose des lectures manuelles prises à partir de l’oxymètre d’impulsion, le moment noté pour l’exposition au gaz ou la numérisation d’OCTA et les données brutes d’imagerie OCTA. Une image OCTA se compose des balayages B de l’OCT et du signal de décoration associé à chaque balayage B. Les paramètres de données sont donnés par les spécifications de l’appareil. Une plate-forme laser à source balayée OCTA machine avec une longueur d’onde centrale de 1040-1060 n…

Discussion

La méthodologie que vient de décrire est le protocole complet d’une expérience de provocation respiratoire au gaz qui permet de mesurer le RVR d’un sujet dans un environnement contrôlé à des délais spécifiques sans modification du dispositif d’imagerie OCTA et un minimum d’inconfort ou de risque pour le sujet. Cette configuration est décrite d’une manière qui permet des modifications faciles pour répondre aux besoins du chercheur. Il peut accueillir des tubes supplémentaires pour s’adapter à diff…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ce travail a été soutenu par NIH K08EY027006, R01EY030564, UH3NS100614, Subventions de recherche de Carl Zeiss Meditec Inc (Dublin, CA) et Sans restriction 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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