Summary

Reattività vascolare retinica valutata dall'angiografia ottica sulla tomografia a coezione

Published: March 26, 2020
doi:

Summary

Questo articolo descrive un metodo per misurare la riattività della vascolatura retinica in vivo con soggetti umani utilizzando una tecnica di provocazione respiratoria di gas per fornire stimoli attivi durante l’acquisizione di immagini vasoliche.

Abstract

L’apporto vascolare alla retina ha dimostrato di adattarsi dinamicamente attraverso vasoconstriction e vasodilation per soddisfare le esigenze metaboliche della retina. Questo processo, chiamato reattività vascolare retinica (RVR), è mediato dall’accoppiamento neurovascolare, che è compromesso molto presto nelle malattie vascolari della retina come la retinopatia diabetica. Pertanto, un metodo clinicamente fattibile per valutare la funzione vascolare può essere di notevole interesse sia nella ricerca che negli ambienti clinici. Recentemente, l’imaging in vivo della vascolatura retinica a livello capillare è stato reso possibile dall’approvazione FDA dell’angiografia della tomografia a coerenza ottica (OCTA), un metodo di angiografia non invasivo, minimo e senza tintura con risoluzione del livello capillare. Allo stesso tempo, i cambiamenti fisiologici e patologici nella RVR sono stati mostrati da diversi ricercatori. Il metodo mostrato in questo manoscritto è progettato per studiare rVR utilizzando OCTA senza bisogno di alterazioni delle procedure di imaging clinico o del dispositivo. Dimostra l’imaging in tempo reale della vascolatura della retina e della retina durante l’esposizione a condizioni ipercapniche o iperossiche. L’esame viene eseguito facilmente con due persone in meno di 30 min con minimo disagio o rischio di soggetto. Questo metodo è adattabile ad altri dispositivi di imaging oftalmico e le applicazioni possono variare in base alla composizione della miscela di gas e alla popolazione del paziente. Un punto di forza di questo metodo è che permette uno studio della funzione vascolare retinica a livello capillare in soggetti umani in vivo. Le limitazioni di questo metodo sono in gran parte quelle di OCTA e di altri metodi di imaging della retina, inclusi artefatti di imaging e una gamma dinamica limitata. I risultati ottenuti dal metodo sono immagini OCT e OCTA della retina. Queste immagini sono suscettibili a qualsiasi analisi possibile nei dispositivi OCT o OCTA disponibili in commercio. Il metodo generale, tuttavia, può essere adattato a qualsiasi forma di imaging oftalmico.

Introduction

La domanda metabolica della retina dipende da un adeguato e costante apporto di ossigeno fornito da un sistema ben regolato di arterioli, capillari e venule1. Diversi studi hanno dimostrato che la funzione dei vasi retinicoli umani di calibro maggiore può essere valutata in vivo con vari stimoli fisiologici2,3,4,5 e farmacologici6,7 stimoli. Inoltre, la funzione anomala di questo sistema vascolare è comune nelle malattie vascolari retiniche come la retinopatia diabetica in cui la reattività vascolare retinica (RVR) ha dimostrato di essere attenuata anche nelle sue prime fasi8,9 attraverso entrambi gli esperimenti di provocazione del gas9 e gli esperimenti di luce tremolante5,10,11. Anche i fattori di rischio vascolare retile come il fumo sono stati correlati con12 RVR alterato e flusso sanguigno della retina13. Questi risultati sono importanti poiché i sintomi clinici della malattia vascolare retinica si verificano relativamente tardi nel processo della malattia e i marcatori clinici precomi della malattia sono carenti14. Pertanto, la valutazione della RVR può fornire utili misure di integrità vascolare per la valutazione precoce delle anomalie che possono avviare o esacerbare le malattie degenerative della retina.

Precedenti esperimenti RVR hanno di solito fatto affidamento su dispositivi come un flussometro sanguigno laser9 o telecamere fundus dotate di filtri speciali15 per l’acquisizione di immagini retiniche. Tuttavia, queste tecnologie sono ottimizzate per vasi di diametro maggiore come arteriole16 e venule15, che non sono dove si verificano gas, micronutrienti e scambi molecolari. Uno studio più recente è stato in grado di quantificare il RVR dei capillari utilizzando l’imaging adattivo dell’ottica17, ma nonostante la migliore risoluzione spaziale, queste immagini hanno una dimensione di campo più piccola e non sono approvate dalla FDA per l’uso clinico18.

Il recente avvento dell’angiografia tomografia a coerenza ottica (OCTA) ha fornito un metodo angiografico approvato dalla FDA, non invasivo e tinchiebile per valutare i cambiamenti del livello capillare nei pazienti umani e nei soggetti in vivo. L’OCTA è ampiamente accettato nella pratica clinica come uno strumento efficace per valutare l’impairment nella perfusione capillare nelle malattie vascolari come la retinopatia diabetica19, le occlusioni venose della retina20, la vasculite21 e molte altre22. L’OCTA offre quindi un’ottima opportunità per la valutazione dei cambiamenti del livello capillare, che possono avere significative eterogeneità spaziale e temporale23 e cambiamenti patologici, in un ambiente clinico. Il nostro gruppo ha recentemente dimostrato che l’OCTA può essere utilizzato per quantificare la reattività dei vasi retinici al livello capillare2 ai cambiamenti fisiologici nell’ossigeno ispirato, che è uno stimolo vasoconstrictive retitico16,24, e anidride carbonica, che è uno stimolo vasodilatore retiico3,5.

L’obiettivo di questo articolo è descrivere un protocollo che permetterà al lettore di valutare la reattività vascolare retinica delle arteriole più piccole e del letto capillare utilizzando OCTA. I metodi sono adattati da quelli presentati in Lu et al.25 che hanno descritto la misurazione della reattività cerebrovascolare con risonanza magnetica. Sebbene i metodi attuali siano stati sviluppati e utilizzati durante l’imaging OCTA2,sono applicabili ad altri dispositivi di imaging retinico con modifiche relativamente semplici ed evidenti.

Protocol

Questo studio è stato approvato dalla University of Southern California Institutional Review Board e ha aderito ai principi della Dichiarazione di Helsinki. 1. Impostazione di Gas Non-rebreathing Apparatus Figura 1: Diagramma dell’apparato non reputato. L’impostazione completa è stata suddivisa in tre unità separate in base alla lo…

Representative Results

L’output di questo esperimento è costituito dalle letture manuali tratte dall’ossimetro dell’impulso, dalla tempistica nota per l’esposizione al gas o dalla scansione OCTA e dai dati grezzi di imaging OCTA. Un’immagine OCTA è costituita dalle scansioni B dello Strumento di personalizzazione di Office e dal segnale di decorrelazione associato a ogni B-scan. I parametri dei dati sono forniti dalle specifiche del dispositivo. È stata utilizzata una piattaforma laser OCTA con una lunghezza d’onda centrale di 1040-1060 nm….

Discussion

La metodologia appena descritta è il protocollo completo per un esperimento di provocazione della respirazione gassosa che consente la misurazione dell’RVR di un soggetto in un ambiente controllato in momenti specifici senza modifiche al dispositivo di imaging OCTA e minimo disagio o rischio per il soggetto. Questa configurazione è descritta in modo che consente facili modifiche per soddisfare le esigenze del ricercatore. Può ospitare tubi aggiuntivi per adattarsi a diverse stanze cliniche e alcuni elementi come il tu…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Questo lavoro è stato supportato da NIH K08EY027006, R01EY030564, UH3NS100614, borse di ricerca da Carl eiss Meditec Inc (Dublino, CA) e Unrestricted Department Funding from Research to Prevent Blindness (New York, NY).

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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Kushner-Lenhoff, S., Ashimatey, B. S., Kashani, A. H. Retinal Vascular Reactivity as Assessed by Optical Coherence Tomography Angiography. J. Vis. Exp. (157), e60948, doi:10.3791/60948 (2020).

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