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Neuroscience

광학 일관성 단층 조영술 혈관 조영술에 의해 평가된 망막 혈관 반응성

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

이 기사에서는 망막 이미지를 획득하면서 혈관 활성 자극을 전달하기 위해 가스 호흡 도발 기술을 사용하여 인간 피험체와 함께 생체 내에서 망막 혈관 반응성을 측정하는 방법을 설명합니다.

Abstract

망막에 혈관 공급은 망막의 신진 대사 요구를 수용하기 위하여 혈관 수축 및 혈관 확장을 통해 동적으로 적응하기 위하여 보였습니다. 망막 혈관 반응성 (RVR)이라고 불리는이 과정은 당뇨병 성 망막병증과 같은 망막 혈관 질환에서 매우 일찍 손상된 신경 혈관 커플링에 의해 중재됩니다. 따라서, 혈관 기능을 평가하는 임상적으로 실행 가능한 방법은 연구 및 임상 설정 모두에서 상당한 관심을 가질 수 있습니다. 최근, 모세관 수준에서 망막 혈관구조의 생체 내 이미징은 FDA의 광학 적응성 단층 조영술(OCTA) 승인에 의해 가능해졌으며, 모세관 수준의 분해능을 이용한 비침습적, 최소한의 위험 및 염색이 없는 혈관 조영법 방법. 동시에, RVR에 있는 생리적 및 병리학적인 변경은 몇몇 조사자에 의해 보였습니다. 이 원고에 나타난 방법은 임상 영상 절차 또는 장치를 변경할 필요없이 OCTA를 사용하여 RVR을 조사하도록 설계되었습니다. 그것은 hypercapnic 또는 hyperoxic 조건에 노출하는 동안 망막 및 망막 혈관의 실시간 화상 진찰을 보여줍니다. 시험은 30 분 이내에 두 명의 직원과 함께 쉽게 수행되며 최소한의 피험자 불편 이나 위험을 최소화할 수 있습니다. 이 방법은 다른 안과 이미징 장치에 적응할 수 있으며, 응용 분야는 기체 혼합물 및 환자 집단의 조성에 따라 달라질 수 있다. 이 방법의 강점은 생체 내에서 인간 피험자의 모세관 수준에서 망막 혈관 기능을 조사 할 수 있다는 것입니다. 이 방법의 한계는 주로 OCTA 및 화상 진찰 아티팩트 및 제한된 동적 범위를 포함하여 그밖 망막 화상 진찰 방법의 그것입니다. 이 방법에서 얻은 결과는 망막의 OCT 및 OCTA 이미지입니다. 이러한 이미지는 시판되는 OCT 또는 OCTA 장치에서 가능한 모든 분석을 수행할 수 있습니다. 일반적인 방법은, 그러나, 안과 화상 진찰의 어떤 양식든지에 적응될 수 있습니다.

Introduction

망막의 신진 대사 수요는 동맥, 모세 혈관 및 정맥1의 잘 조절 된 시스템에서 제공하는 산소의1적절하고 일정한 공급에 의존한다. 여러 연구는 더 큰 구경 인간 망막 혈관의 기능이 다양한 생리학적2,,3,4,4,5 및 약리학6,,7 자극으로 생체 내에서 평가될 수 있음을 입증했습니다. 또한, 이러한 혈관 계통의 비정상적인 기능은 망막 혈관 반응성(RVR)이 초기단계8,,9를 통해 가스 도발9 및 깜박임 광 실험5,,10,,11을통해 감쇠되는 것으로 나타난 당뇨망막병증과 같은 망막 혈관 질환에서 일반적이다. 흡연과 같은 망막 혈관 위험 인자는 또한 손상된 RVR12 및 망막혈류량(13)과상관관계가 있다. 이러한 발견은 망막 혈관 질환의 임상 증상이 질병 과정에서 비교적 늦게 발생하고 질병의 초기 임상 마커가14가결여되어 있기 때문에 중요하다. 따라서, RVR을 평가하는 것은 망막 퇴행성 질환을 개시하거나 악화시킬 수 있는 이상의 조기 평가를 위한 혈관 무결성의 유용한 척도를 제공할 수 있다.

이전 RVR 실험은 일반적으로 망막 이미지 수집을 위한 특수 필터15가 장착된 레이저 혈액 유량계9 또는 fundus 카메라와 같은 장치에 의존했습니다. 그러나 이러한 기술은 가스, 미량 영양소 및 분자 교환이 발생하는 곳이 아닌 동맥16 및정맥(15)과같은 더 큰 직경의 용기에 최적화되어 있습니다. 보다 최근의 연구는 적응형 광학이미징(17)을사용하여 모세혈관의 RVR을 정량화할 수 있었지만, 향상된 공간 해상도에도 불구하고, 이들 이미지는 더 작은 필드 크기를 가지며 임상 용으로 FDA승인을 받지 않았다18.

광학 일관성 단층 조영술 (OCTA)의 최근 출현은 생체 내에서 인간 환자 및 피험자의 모세 혈관 수준 변화를 평가하는 FDA 승인, 비침습적 및 염료없는 혈관 조영법을제공했습니다. OCTA는 당뇨망막병증19,망막정맥폐색20,혈관염21 및 기타22와같은 망막 혈관 질환에서 모세관 관류의 손상을 평가하기 위한 효과적인 도구로 임상 실습에서 널리 인정받고 있다. OCTA는 따라서 모세관 수준 변화의 평가를 위한 훌륭한 기회를 제공하며, 이는 임상 환경에서 상당한 공간 및 시간적이질성(23)과 병리학적 변화를 가질 수 있다. 우리 그룹은 최근 OCTA가 망막 혈관 수축 자극 인 망막 혈관 수축 자극16,24및이산화탄소인 영감 된 산소의 생리적 변화에 모세관 수준2에서 망막 혈관의 반응성을 정량화하는 데 사용할 수 있음을 입증했습니다3,,5.

이 문서의 목표는 독자가 OCTA를 사용하여 작은 동맥 및 모세관 침대의 망막 혈관 반응성을 평가할 수 있도록 하는 프로토콜을 설명하는 것입니다. 방법은 자기 공명 화상 진찰을 가진 뇌혈관 반응성의 측정을 기술한 Lu et al.25에서 제시된 사람들에서 적응됩니다. 본 방법은 OCTA 화상 진찰2도중 개발되고 이용되었지만, 상대적으로 간단하고 명백한 수정을 가진 그밖 망막 화상 진찰 장치에 적용가능합니다.

Protocol

이 연구는 서던 캘리포니아 대학 기관 검토 위원회에 의해 승인 및 헬싱키 선언의 신조를 준수. 1. 가스 비호흡 장치 설치 그림 1: 비호흡 장치의 다이어그램. 전체 설정은 자신의 기능과 독립적으로 처리되는 주파수에 따라 세 개의 별도 단위로 세분화되?…

Representative Results

이 실험의 출력은 펄스 산소 측정기에서 가져온 수동 판독값, 가스 노출 또는 OCTA 스캐닝에 대해 지적된 타이밍 및 원시 OCTA 이미징 데이터로 구성됩니다. OCTA 이미지는 각 B 스캔과 관련된 OCT B 스캔 및 상관 신호로 구성됩니다. 데이터 매개 변수는 장치의 사양에 의해 제공됩니다. 1040-1060 nm의 중앙 파장을 가진 스윕 소스 레이저 플랫폼 OCTA 기계를 사용했습니다. 이미지는 20 μm의 횡해상도와 6.3 μm?…

Discussion

방금 설명한 방법론은 OCTA 이미징 장치를 수정하지 않고 대상에 대한 최소한의 불편함이나 위험을 최소화하면서 특정 시점에서 통제된 환경에서 피사체의 RVR을 측정할 수 있는 가스 호흡 도발 실험을 위한 완전한 프로토콜입니다. 이 설정은 연구원의 요구에 맞게 쉽게 수정할 수 있는 방식으로 설명됩니다. 그것은 다른 진료소 방에 맞게 추가 튜브를 수용 할 수 있으며 사내 튜브 또는 팔꿈치 관?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

이 작품은 NIH K08EY027006, R01EY030564, UH3NS100614, 칼 자이스 메디텍 (더블린, CA) 및 실명 방지를 위한 연구에서 무제한 부서 자금 지원 (뉴욕, 뉴욕)에 의해 지원되었습니다.

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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