Imágenes vasculares profundas en el ojo con ultrasonido con flujo mejorado

Summary

Presentamos una técnica ecográfica no invasiva para generar angiografías tridimensionales en el ojo sin el uso de agentes de contraste.

Abstract

La retina dentro del ojo es uno de los tejidos más exigentes de energía en el cuerpo y, por lo tanto, requiere altas tasas de suministro de oxígeno de un rico suministro de sangre. La lámina capilar de la coroides recubre la superficie externa de la retina y es la fuente dominante de oxígeno en la mayoría de las retinas de los vertebrados. Sin embargo, este lecho vascular es difícil de visualizar con técnicas ópticas tradicionales debido a su posición detrás de la retina altamente absorbente de luz. Aquí describimos una técnica de ultrasonido de alta frecuencia con posterior mejora del flujo para obtener imágenes de lechos vasculares profundos (0,5-3 cm) del ojo con una alta resolución espaciotemporal. Este método no invasivo funciona bien en especies con glóbulos rojos nucleados (modelos animales no mamíferos y fetales). Permite la generación de angiografías tridimensionales no invasivas sin el uso de agentes de contraste, y es independiente de los ángulos de flujo sanguíneo con una sensibilidad más alta que las técnicas de imágenes de ultrasonido basadas en Doppler.

Introduction

El alto metabolismo en la retina de los vertebrados impone una compensación intrínseca entre dos necesidades contrastantes; altas tasas de flujo sanguíneo y un camino ligero desprovisto de vasos sanguíneos. Para evitar la alteración visual de la perfusión de los glóbulos rojos, la retina de todos los vertebrados recibe oxígeno y nutrientes a través de una lámina de capilares detrás de los fotorreceptores, los coriocapilaris1,2,3. Sin embargo, esta única fuente de nutrientes y oxígeno impone una limitación de difusión al grosor de la ^retina4,5, por lo que muchas especies visualmente activas poseen una variedad de elaboradas redes vasculares para proporcionar un suministro de sangre adicional a este órgano metabólicamente ^activo6. Estos lechos vasculares incluyen vasos sanguíneos que perfunden las capas internas de la retina en mamíferos y algunos peces4,7,8,9,10, vasos sanguíneos en el lado interno (orientado a la luz) de la retina que se encuentran en muchos peces, reptiles y aves4,11,12,13, y arreglos vasculares contracorrientes de la coroides de pescado, la coroides. mirabile, que permite la generación de presiones parciales de oxígeno sobrefosférico14,15,16,17,18,19,20. A pesar de que estas vías no coroideas adicionales para el suministro de nutrientes de la retina juegan un papel esencial en el fomento de los requisitos metabólicos de la visión ^superior4, la anatomía tridimensional de estas estructuras vasculares es poco conocida, lo que limita nuestra comprensión de la evolución morfológica del ojo vertebrado.

Tradicionalmente, el suministro de sangre retiniana se ha estudiado utilizando técnicas ópticas, como la oftalmoscopia del fondo de ojo. Esta categoría de técnicas proporciona información no destructiva de alto rendimiento sobre la anatomía no coroidea de los vasos sanguíneos en alta ^{resolución21} y, por lo tanto, se utiliza fácilmente en el diagnóstico clínico de anomalías en la estructura de los vasos retinianos22. Sin embargo, el epitelio pigmentario de la retina absorbe la luz transmitida y limita la profundidad de visión en estas técnicas ópticas, proporcionando información reducida sobre la estructura y función coroidea sin el uso de agente de ^contraste21. Se experimentan limitaciones de profundidad similares en la tomografía de coherencia óptica (OCT). Esta técnica puede generar angiografías de fondo de ojo de alta resolución utilizando ondas de luz a expensas técnicas de la penetración de ^{profundidad23}, mientras que la OCT de imagen de profundidad mejorada puede visualizar la coroides a expensas de la calidad de la imagen de la ^retina24. La resonancia magnética supera las limitaciones ópticas de la oftalmoscopia y la OCT y puede mapear las capas vasculares de la retina, aunque a baja ^{resolución25}. La histología y la tomografía microinformática (μCT) mantienen la alta resolución de las técnicas ópticas y proporcionan información sobre la morfología vascular de todo el ^ojo4, pero ambas técnicas requieren muestreo ocular y, por lo tanto, no son posibles en la clínica o en especies raras o en peligro de extinción. Para superar algunas de las limitaciones de estas técnicas de imagen retiniana establecidas, el estudio presenta aquí un protocolo de ultrasonido en animales anestesiados, donde el movimiento de la sangre se mapea in silico en una serie de ecografías bidimensionales igualmente espaciadas que abarcan todo un ojo mediante la aplicación de una técnica comparable a la descrita anteriormente para la imagen embrionaria y ^{cardiovascular26,27, 28} y en angiografía ^OCT29. Este enfoque permite la generación de angiografías oculares profundas tridimensionales no invasivas sin usar un agente de contraste y abre nuevas vías para mapear la distribución del flujo sanguíneo dentro del ojo a través de las especies.

Protocol

El siguiente protocolo se realizó con el permiso de la Inspección Danesa de Experimentación Animal dentro del Ministerio Danés de Alimentación, Agricultura y Pesca, Administración Danesa de Veterinaria y Alimentos (número de permiso 2016-15-0201-00835). 1. Anestesia y medio de ultrasonido Anestesiar al animal de investigación.NOTA: El tipo y la dosis de anestesia apropiada son altamente dependientes de la especie. En general, los anestésicos a base de inmersión como MS-…

Representative Results

La técnica de ultrasonido de flujo mejorado para obtener imágenes de los lechos vasculares del ojo se puede aplicar en una variedad de especies y actualmente se ha utilizado en 46 especies diferentes de vertebrados (Figura 1, Tabla 1). La presencia de glóbulos rojos nucleados en vertebrados de mamíferos no adultos proporciona un contraste positivo de la sangre que fluye en comparación con el tejido estático en las grabaciones de cine (Archivo complementario 2</…

Discussion

Las imágenes vasculares que utilizan ultrasonido de flujo mejorado proporcionan un nuevo método para la obtención de imágenes no invasivas de la vasculatura del ojo que ofrece varias ventajas sobre las técnicas actuales, pero tiene sus limitaciones intrínsecas. La principal ventaja del ultrasonido con flujo mejorado es la capacidad de generar angiografías oculares con una profundidad de campo que excede el epitelio pigmentario de la retina, lo que limita la profundidad de campo en las técnicas ópticas. En las im…

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