Tiefe vaskuläre Bildgebung im Auge mit flussverstärktem Ultraschall
Summary
Wir stellen eine nicht-invasive Ultraschalltechnik vor, um dreidimensionale Angiographien im Auge ohne den Einsatz von Kontrastmitteln zu erzeugen.
Abstract
Die Netzhaut im Auge ist eines der energieintensivsten Gewebe im Körper und benötigt daher eine hohe Sauerstoffzufuhr aus einer reichhaltigen Blutversorgung. Die Kapillarlamina der Aderhaut kleidet die äußere Oberfläche der Netzhaut aus und ist die dominierende Sauerstoffquelle in den meisten Netzhaut von Wirbeltieren. Dieses Gefäßbett ist jedoch aufgrund seiner Position hinter der stark lichtabsorbierenden Netzhaut mit traditionellen optischen Techniken schwierig abzubilden. Hier beschreiben wir eine Hochfrequenz-Ultraschalltechnik mit anschließender Strömungsverstärkung, um tiefe Gefäßbetten (0,5-3 cm) des Auges mit einer hohen raumzeitlichen Auflösung abzubilden. Diese nicht-invasive Methode funktioniert gut bei Arten mit kernhaltigen roten Blutkörperchen (nicht-säugetierische und fötale Tiermodelle). Es ermöglicht die Erstellung nicht-invasiver dreidimensionaler Angiographien ohne den Einsatz von Kontrastmitteln und ist unabhängig von Blutflusswinkeln mit einer höheren Empfindlichkeit als Doppler-basierte Ultraschall-Bildgebungsverfahren.
Introduction
Der hohe Stoffwechsel auf der Netzhaut von Wirbeltieren erlegt einen intrinsischen Kompromiss zwischen zwei gegensätzlichen Bedürfnissen dar; hohe Blutflussraten und ein Lichtweg ohne Blutgefäße. Um Sehstörungen bei der Durchblutung roter Blutkörperchen zu vermeiden, erhält die Netzhaut aller Wirbeltiere Sauerstoff und Nährstoffe über eine Kapillarschicht hinter den Photorezeptoren, die Choriocapillaris1,2,3. Diese einzige Quelle von Nährstoffen und Sauerstoff erlegt jedoch eine Diffusionsbegrenzung der Dicke der Netzhaut vor4,5, so dass viele visuell aktive Spezies eine Vielzahl von ausgeklügelten Gefäßnetzwerken besitzen, um dieses metabolisch aktive Organ zusätzlich mit Blut zu versorgen6. Zu diesen Gefäßbetten gehören Blutgefäße, die die inneren Netzhautschichten bei Säugetieren und einigen Fischen durchbluten4,7,8,9,10, Blutgefäße auf der inneren (lichtzugewandten) Seite der Netzhaut, die bei vielen Fischen, Reptilien und Vögeln zu finden sind4,11,12,13 und gegenstromförmige Gefäßanordnungen der Fischaderhaut, der Aderhautrete Mirable, das die Erzeugung von Super-Luftsauerstoff-Partialdrücken ermöglicht14,15,16,17,18,19,20. Obwohl diese zusätzlichen nicht-choroidalen Pfade für die retinale Nährstoffversorgung eine wesentliche Rolle bei der Deckung der metabolischen Anforderungen des überlegenen Sehens spielen4, ist die dreidimensionale Anatomie dieser Gefäßstrukturen kaum verstanden, was unser Verständnis der morphologischen Entwicklung des Wirbeltierauges einschränkt.
Traditionell wurde die retinale Blutversorgung mit optischen Techniken wie der Fundus-Ophthalmoskopie untersucht. Diese Kategorie von Techniken liefert zerstörungsfreie Hochdurchsatzinformationen über die nicht-choroidale Blutgefäßanatomie in hoher Auflösung21 und wird daher leicht in der klinischen Diagnose von Anomalien in der Netzhautgefäßstruktur verwendet22. Das retinale Pigmentepithel absorbiert jedoch das durchgelassene Licht und begrenzt die Sichttiefe bei diesen optischen Techniken, wodurch die Informationen über die Struktur und Funktion der Aderhaut ohne den Einsatz von Kontrastmitteln reduziert werden21. Ähnliche Tiefenbeschränkungen treten bei der optischen Kohärenztomographie (OCT) auf. Diese Technik kann hochauflösende Fundusangiographien unter Verwendung von Lichtwellen auf Kosten der Tiefenpenetration erzeugen23, während die erweiterte Tiefenbildgebung OCT die Aderhaut auf Kosten der retinalen Bildgebungsqualität visualisieren kann24. Die Magnetresonanztomographie überwindet die optischen Einschränkungen von Ophthalmoskopie und OCT und kann Gefäßschichten in der Netzhaut abbilden, wenn auch mit niedriger Auflösung25. Histologie und Mikrocomputertomographie (μCT) halten die hohe Auflösung der optischen Techniken aufrecht und liefern Informationen über die Ganzaugen-Gefäßmorphologie4, aber beide Techniken erfordern eine Augenprobenahme und sind daher in der Klinik oder bei seltenen oder gefährdeten Arten nicht möglich. Um einige der Einschränkungen dieser etablierten retinalen Bildgebungsverfahren zu überwinden, präsentiert die Studie hier ein Ultraschallprotokoll an anästhesierten Tieren, bei dem die Blutbewegung in silico auf einer Reihe von zweidimensionalen Ultraschalluntersuchungen mit gleichem Abstand abgebildet wird, die ein ganzes Auge überspannen, indem eine vergleichbare Technik angewendet wird, wie zuvor für embryonale und kardiovaskuläre Bildgebung beschrieben26,27, 28 und in der Angiographie des OKT29. Dieser Ansatz ermöglicht die Generierung nicht-invasiver dreidimensionaler Tiefen-Augenangiographien ohne Verwendung eines Kontrastmittels und eröffnet neue Wege zur Kartierung der Blutflussverteilung innerhalb des Auges über Spezies hinweg.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die vaskuläre Bildgebung mit strömungsverstärktem Ultraschall bietet eine neue Methode für die nicht-invasive Bildgebung des Gefäßsystems des Auges, die mehrere Vorteile gegenüber derzeitigen Techniken bietet, aber ihre intrinsischen Grenzen hat. Der Hauptvorteil von strömungsverstärktem Ultraschall ist die Fähigkeit, Augenangiographien mit einer Schärfentiefe zu erzeugen, die das retinale Pigmentepithel übersteigt, was die Schärfentiefe in optischen Techniken einschränkt. In der Ultraschallbildgebung werde…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde von der Carlsberg Foundation finanziert (CF17-0778; CF18-0658), die Lundbeck-Stiftung (R324-2019-1470; R346-2020-1210), die Velux-Stiftungen (00022458), die A.P. Møller-Stiftung zur Förderung der medizinischen Wissenschaft, das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Finanzhilfevereinbarung (Nr. 754513) und die Forschungsstiftung der Universität Aarhus.
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 |
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