Imagerie vasculaire profonde dans l’œil avec ultrasons améliorés par flux

Summary

Nous présentons une technique d’échographie non invasive pour générer des angiographies tridimensionnelles dans l’œil sans utiliser d’agents de contraste.

Abstract

La rétine dans l’œil est l’un des tissus les plus énergivores du corps et nécessite donc des taux élevés d’apport d’oxygène à partir d’un apport sanguin riche. La lame capillaire de la choroïde tapisse la surface externe de la rétine et est la source dominante d’oxygène dans la plupart des rétines vertébrées. Cependant, ce lit vasculaire est difficile à imager avec les techniques optiques traditionnelles en raison de sa position derrière la rétine très absorbant la lumière. Nous décrivons ici une technique d’échographie à haute fréquence avec une amélioration ultérieure du débit pour imager les lits vasculaires profonds (0,5-3 cm) de l’œil avec une résolution spatio-temporelle élevée. Cette méthode non invasive fonctionne bien chez les espèces avec des globules rouges nucléés (modèles animaux non mammifères et fœtaux). Il permet la génération d’angiographies tridimensionnelles non invasives sans l’utilisation d’agents de contraste, et il est indépendant des angles de flux sanguin avec une sensibilité plus élevée que les techniques d’imagerie par ultrasons basées sur Doppler.

Introduction

Le métabolisme élevé de la rétine des vertébrés impose un compromis intrinsèque entre deux besoins opposés; des débits sanguins élevés et un chemin de lumière dépourvu de vaisseaux sanguins. Pour éviter les troubles visuels de la perfusion des globules rouges, la rétine de tous les vertébrés reçoit de l’oxygène et des nutriments via une feuille de capillaires derrière les photorécepteurs, les choriocapillaires1,2,3. Cependant, cette source unique de nutriments et d’oxygène impose une limitation de diffusion à l’épaisseur de la ^rétine4,5, de sorte que de nombreuses espèces visuellement actives possèdent une variété de réseaux vasculaires élaborés pour fournir un apport sanguin supplémentaire à cet organe métaboliquement ^actif6. Ces lits vasculaires comprennent des vaisseaux sanguins perfusant les couches internes de la rétine chez les mammifères et certains poissons4,7,8,9,10, des vaisseaux sanguins sur la face interne (orientée vers la lumière) de la rétine que l’on trouve chez de nombreux poissons, reptiles et oiseaux4,11,12,13, et des arrangements vasculaires à contre-courant de la choroïde du poisson, la choroïde rete mirabile, qui permet la génération de pressions partielles d’oxygène super-atmosphérique14,15,16,17,18,19,20. Bien que ces voies non choroïdiennes supplémentaires pour l’apport en nutriments rétiniens jouent un rôle essentiel dans l’alimentation des besoins métaboliques d’une vision ^supérieure4, l’anatomie tridimensionnelle de ces structures vasculaires est mal comprise, ce qui limite notre compréhension de l’évolution morphologique de l’œil des vertébrés.

Traditionnellement, l’approvisionnement en sang rétinien a été étudié à l’aide de techniques optiques, telles que l’ophtalmoscopie du fond d’œil. Cette catégorie de techniques fournit des informations non destructives à haut débit sur l’anatomie des vaisseaux sanguins non choroïdiens en haute ^{résolution21} et est donc facilement utilisée dans le diagnostic clinique des anomalies de la structure des vaisseaux rétiniens22. Cependant, l’épithélium pigmentaire rétinien absorbe la lumière transmise et limite la profondeur de vue dans ces techniques optiques, fournissant des informations réduites sur la structure et la fonction choroïdiennes sans l’utilisation d’agent de ^contraste21. Des limites de profondeur similaires sont rencontrées dans la tomographie par cohérence optique (OCT). Cette technique peut générer des angiographies de fond d’œil à haute résolution en utilisant des ondes lumineuses au détriment technique de la pénétration en ^profondeur23, tandis que l’OCT d’imagerie en profondeur améliorée peut visualiser la choroïde au détriment de la qualité de l’imagerie ^{rétinienne24}. L’imagerie par résonance magnétique surmonte les limites optiques de l’ophtalmoscopie et de l’OCT et peut cartographier les couches vasculaires de la rétine, bien qu’à faible ^{résolution25}. L’histologie et la microtartographie (μCT) maintiennent la haute résolution des techniques optiques et fournissent des informations sur la morphologie vasculaire de l’œil ^entier4, mais les deux techniques nécessitent un prélèvement oculaire et ne sont donc pas possibles en clinique ou chez les espèces rares ou menacées. Pour surmonter certaines des limites de ces techniques d’imagerie rétinienne établies, l’étude présente ici un protocole d’échographie sur des animaux anesthésiés, où le mouvement du sang est cartographié in silico sur une série d’échographies bidimensionnelles également espacées couvrant un œil entier en appliquant une technique comparable à celle décrite précédemment pour l’imagerie embryonnaire et ^{cardiovasculaire26,27, 28} et en angiographie ^octodique29. Cette approche permet de générer des angiographies oculaires profondes tridimensionnelles non invasives sans utiliser d’agent de contraste et ouvre de nouvelles voies pour cartographier la distribution du flux sanguin dans l’œil entre les espèces.

Protocol

Le protocole ci-dessous a été réalisé avec l’autorisation de l’Inspection danoise de l’expérimentation animale au sein du ministère danois de l’Alimentation, de l’Agriculture et de la Pêche, administration vétérinaire et alimentaire danoise (numéro de permis 2016-15-0201-00835). 1. Anesthésie et milieu échographique Anesthésier l’animal de recherche.REMARQUE: Le type et la dose d’anesthésie appropriée dépendent fortement de l’espèce. En général,…

Representative Results

La technique d’échographie améliorée par écoulement pour imager les lits vasculaires de l’œil peut être appliquée à diverses espèces et a actuellement été utilisée chez 46 espèces de vertébrés différentes (figure 1, tableau 1). La présence de globules rouges nucléés chez les vertébrés de mammifères non adultes offre un contraste positif entre le sang qui coule et les tissus statiques dans les enregistrements cinétiques (dossier supplémenta…

Discussion

L’imagerie vasculaire utilisant l’échographie améliorée par flux fournit une nouvelle méthode d’imagerie non invasive de la vascularisation de l’œil qui offre plusieurs avantages par rapport aux techniques actuelles, mais qui a ses limites intrinsèques. Le principal avantage de l’échographie à flux amélioré est la capacité de générer des angiographies oculaires avec une profondeur de champ qui dépasse l’épithélium pigmentaire rétinien, ce qui limite la profondeur de champ dans les techniques …

Materials

MS-222	Sigma	E10521-50G
Benzocaine	Sigma	E-1501
Propofol	B Braun	12260470_0320
Alfaxalon	Jurox	NA
Isoflurane	Zoetis	50019100
Ultrasound scanner	VisualSonics	Vevo 2100