Глубокая сосудистая визуализация в глазу с помощью ультразвука с усилением потока

Summary

Представлена неинвазивная ультразвуковая методика генерации трехмерных ангиографий в глазу без использования контрастных веществ.

Abstract

Сетчатка в глазу является одной из самых энергоемких тканей в организме и, таким образом, требует высоких скоростей доставки кислорода из богатого кровоснабжения. Капиллярная пластинка сосудистой оболочки выстилает внешнюю поверхность сетчатки и является доминирующим источником кислорода в большинстве сетчаток позвоночных. Тем не менее, это сосудистое русло сложно изобразить с помощью традиционных оптических методов из-за его положения позади сетчатки с высоким поглощением света. Здесь описана высокочастотная ультразвуковая методика с последующим увеличением потока до изображения глубоких сосудистых русл (0,5-3 см) глаза с высоким пространственно-временным разрешением. Этот неинвазивный метод хорошо работает у видов с ядерными эритроцитами (немлекопитающие и фетальные животные модели). Он позволяет генерировать неинвазивные трехмерные ангиографии без использования контрастных веществ и не зависит от углов кровотока с более высокой чувствительностью, чем методы ультразвуковой визуализации на основе допплера.

Introduction

Высокий метаболизм на сетчатке позвоночных накладывает внутренний компромисс между двумя противоположными потребностями; высокая скорость кровотока и легкий путь, лишенный кровеносных сосудов. Чтобы избежать нарушения зрения перфузирующих эритроцитов, сетчатка всех позвоночных получает кислород и питательные вещества через лист капилляров за фоторецепторами, хориокапиллярий1,2,3. Однако этот единственный источник питательных веществ и кислорода накладывает диффузионное ограничение на толщину сетчатки4,5, поэтому многие визуально активные виды обладают различными сложными сосудистыми сетями, чтобы обеспечить дополнительное кровоснабжение этого метаболически активного ^{органа6}. Эти сосудистые русла включают кровеносные сосуды, перфузирующие внутренние слои сетчатки у млекопитающих и некоторых рыб4,7,8,9,10, кровеносные сосуды на внутренней (светлой) стороне сетчатки, обнаруженные у многих рыб, рептилий и птиц4,11,12,13, и противоточное сосудистое расположение сосудистой оболочки рыбы, сосудистой оболочки мирабиле, что позволяет генерировать суператмосферные парциальные давления кислорода14,15,16,17,18,19,20. Несмотря на то, что эти дополнительные нехироиоидальные пути для снабжения питательными веществами сетчатки играют важную роль в подпитке метаболических потребностей превосходного ^{зрения4}, трехмерная анатомия этих сосудистых структур плохо изучена, что ограничивает наше понимание морфологической эволюции глаза позвоночных.

Традиционно кровоснабжение сетчатки изучалось с использованием оптических методов, таких как офтальмоскопия глазного дна. Эта категория методов обеспечивает высокопроизводительную неразрушающую информацию об анатомии нехироиоидальных кровеносных сосудов в высоком ^{разрешении21} и поэтому легко используется в клинической диагностике аномалий в структуре сосудов сетчатки22. Однако пигментный эпителий сетчатки поглощает проходящий свет и ограничивает глубину обзора в этих оптических методах, обеспечивая уменьшенную информацию о структуре и функции хориоидальной кислоты без использования контрастного ^{вещества21}. Аналогичные ограничения глубины наблюдаются при оптической когерентной томографии (ОКТ). Этот метод может генерировать ангиографию глазного дна высокого разрешения с использованием световых волн за счет технического проникновения на ^{глубину23}, в то время как расширенная глубинная визуализация OCT может визуализировать сосудистую оболочку за счет качества визуализации сетчатки24. Магнитно-резонансная томография преодолевает оптические ограничения офтальмоскопии и ОКТ и может отображать сосудистые слои в сетчатке, хотя и с низким ^{разрешением25}. Гистология и микрокомпьютерная томография (μCT) поддерживают высокое разрешение оптических методов и предоставляют информацию о морфологии сосудов всего ^глаза4, но оба метода требуют забора глаз и поэтому невозможны в клинике или редких или исчезающих видах. Чтобы преодолеть некоторые из ограничений этих установленных методов визуализации сетчатки, в исследовании здесь представлен протокол ультразвука на анестезированных животных, где движение крови отображается in silico на серии равноразмерных двумерных ультразвуковых сканирований, охватывающих весь глаз, путем применения сопоставимой техники, описанной ранее для эмбриональной и сердечно-сосудистой ^{визуализации26,27, 28} и в ОКТ ангиографии29. Этот подход позволяет генерировать неинвазивные трехмерные глубокие глазные ангиографии без использования контрастного вещества и открывает новые возможности для картирования распределения кровотока в глазу между видами.

Protocol

Приведенный ниже протокол был выполнен с разрешения Датской инспекции по экспериментам на животных в рамках Министерства продовольствия, сельского хозяйства и рыболовства Дании, Датского управления ветеринарии и продовольствия (номер разрешения 2016-15-0201-00835). 1. Анестезия…

Representative Results

Ультразвуковой метод с усилением потока для изображения сосудистых русл глаза может применяться у целого ряда видов и в настоящее время используется у 46 различных видов позвоночных (рисунок 1, таблица 1). Наличие ядерных эритроцитов у позвоночных, не являющихся…

Discussion

Визуализация сосудов с использованием ультразвука с усилением потока обеспечивает новый метод неинвазивной визуализации сосудистой системы глаза, который предлагает несколько преимуществ по сравнению с существующими методами, но имеет свои внутренние ограничения. Основным преимущ…

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