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Neuroscience

광학 일관성 단층 조영술 혈관 조영술에 의해 평가된 망막 혈관 반응성

Published: March 26, 2020 doi: 10.3791/60948
Automatic Translation
1, 1, 1,2
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.

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Protocol

이 연구는 서던 캘리포니아 대학 기관 검토 위원회에 의해 승인 및 헬싱키 선언의 신조를 준수.

1. 가스 비호흡 장치 설치

Figure 1
그림 1: 비호흡 장치의 다이어그램. 전체 설정은 자신의 기능과 독립적으로 처리되는 주파수에 따라 세 개의 별도 단위로 세분화되었습니다. 여기에는 공기 제어 장치, 재호흡 방지 장치 및 피사체/이미징 장치 장치가 여기를 클릭하여 이 그림의 더 큰 버전을 확인하십시오.

  1. 장치 어셈블리
    1. 35mm 내경 튜브(#2; 재료 표참조)를 어댑터(#2*)를 통해 선택적 입구 포트의 3방향 밸브(#3 #1)에 더글라스 백(그림1,#1)을 연결합니다. 이 조합을 그림 1과같이 "공기 제어 장치"라고 합니다.
    2. 양방향 비호흡 밸브(#6)를 비호흡 밸브의 구강 포트에서 팔꿈치 조인트 커넥터(#7)에 연결합니다. 어댑터(#4)가 장착된 고무 튜브(#5)를 사용하여 연결을 형성합니다.
    3. 팔꿈치 관절을 가스 전달 튜브(#8)에 연결합니다. 비호흡 밸브(#6), 사내 튜브(#5), 어댑터(#4), 팔꿈치 조인트(#7), 가스 전달 튜브(#8)를 포함한 이 설정을 "비호흡 유닛"이라고 합니다.
      참고: 피사체의 입과 양방향 비호흡 밸브의 다이어프램 사이의 데드 스페이스(#6)의 양을 최소화합니다.
    4. 3방향 밸브(#3)의 출구 포트에 있는 공기 제어 장치를 양방향 비호흡 밸브(#6)의 입구 포트의 비호흡 장치에 연결합니다. 앞서 설명한 대로 고무 튜브(#5)와 어댑터(#4)를 사용하여 연결하여 조각을 서로 삽입할 수 있도록 합니다.
    5. 밀폐밀성을 보장하기 위해 밀봉 테이프로 조인트를 감싸서 모든 느슨한 연결을 밀봉하십시오.
    6. 그림 1의피사체/이미징 장치 장치에 표시된 바와 같이 개방된 끝에 있는 가스 전달 튜브(#8)를 마우스피스(#9)에 연결합니다.
      참고: 이 단계(1.1.6)는 주제 테스트를 시작할 준비가 될 때까지 연기될 수 있다(단계 3.5).
  2. 가스 비호흡을 위한 공기 제어 장치 준비
    1. 공기 제어 장치를 아직 분리되지 않은 경우 사내 튜브(#5) 또는 어댑터(#4)에서 분리하여 분리합니다.
    2. 도 1과같이 구성 1로 설정된 3방향 밸브(#3)를 사용하여 말단에서 가방의 입구 포트쪽으로 가방을 체계적으로 롤링하여 더 #1글라스 백(#1)이 비어 있거나 비어 있는지 확인합니다.
    3. 더글러스 백(#1)에 적절한 가스 혼합물을 채웁니다.
      1. 실내 공기 비호흡만 의도된 경우 3방향 밸브를 구성 2로 설정하고(그림 1참조)더글라스 백을 채우지 마십시오(#1). 그렇지 않으면 1.2.3단계를 포함하는 단계를 계속합니다.
      2. 3방향 밸브(#3)의 출구 포트에 있는 공기 제어 장치(그림1참조)를 적절한 어댑터와 튜브를 사용하여 가스 실린더(원하는 공기 혼합물 포함)에 연결합니다. 커프 어댑터를 사용하여 1/8" 가스 충진 튜브를 3방향 밸브(#3)의 외부 직경에 장착합니다.
      3. 3방향 밸브 어셈블리를 구성 1(그림1참조)으로 설정하여 보관 실린더에서 더글라스 백(#1)으로 의도된 가스가 흐르도록 합니다. 가스 실린더를 엽니다.
      4. 더글라스 백(#1)이 의도된 부피(일반적으로 반채우기)로 채워지면 가스 실린더 출구를 닫고 3방향 밸브를 구성 2로 설정하여 더글라스 백 내의 가스를 분리합니다(#1). 더글러스 백(#1)을 채우는 데 사용되는 튜브에서 공기 제어 장치를 분리합니다.

2. 이미징을 위한 피사체 준비

  1. 피험체가 연구에 참여하기로 동의한 후, OCTA 이미징 장치 뒤에 피사체를 앉습니다. 시험 절차를 피험자에게 설명합니다.
  2. 피험자의 병력을 확인하여 피험체가 연구에 참여할 위험을 증가시키는 기존 의료 조건이 없는지 확인합니다.
    참고: 기존의 심혈관 또는 폐 질환은 피험자가 참여에서 제외될 수 있는 위험 요소입니다. 피사체가 현기증 또는 추가 예기치 않은 불편 감과 같은 어떤 이유로든 언제든지 절차를 중지 할 수 있음을 이해하는 것이 필수적입니다.
  3. 테스트 프로토콜에 따라 평가할 눈을 결정합니다. 한쪽 눈은 시험 시간을 제한하고 가스 비호흡으로 인한 잠재적 불편함을 최소화하기 위해 이미지화될 수 있습니다.
  4. 피험자가 눈의 크기가 약 2.5mm 이하인 경우 눈 팽창을 고려하십시오. 팽창이 필수는 아니지만, 좋은 품질의 이미지를 획득 할 수있는 기회를 향상시킵니다. 팽창시키기 위해 0.5 % 프로 파라카인 염산 염감 안과 용액, 1 % 트로피 카미드 안과 용액 및 2.5 % 페닐레프린 염산 염산 염산 염식용액을 각각 1 방울 씩 주입하십시오. 전체 팽창은 10-15 분 이내에 발생해야합니다.

3. 가스 도발 실험 및 이미지 수집

  1. OCTA 컴퓨터에서 환자에 대한 프로필을 만듭니다.
  2. 장갑을 착용하십시오.
  3. OCTA 머리와 턱 받침대를 알코올 면봉으로 닦아 설정을 소독하십시오.
  4. 마우스피스(#9)를 멸균 포장에서 분리합니다.
    참고: 이 구성 요소는 피사체의 입의 점액 안대기와 직접 접촉하기 때문에 마우스 피스를 가능한 한 많이 만지지 않도록하십시오.
  5. 마우스피스(#9)를 가스 전달 튜브에 연결(#8)
  6. 피험자의 손가락에 펄스 산소 측정계를 놓고 산소 포화도 수준과 맥박 모니터링을 시작합니다.
    참고: 피험체가 원하는 공기 혼합물을 호흡하기 시작하면, 맥박 산소 측정기는 검사관에 의해 지속적으로 모니터링되어야 한다. 피험자의 산소 포화도가 94% 이하로 떨어지면, 안전 예방 조치로서 실험을 중단하고, 피험체가 기준선으로 돌아올 때까지 관찰되어야 한다.
  7. OCTA 설정의 높이를 조정하여 피사체가 목을 과도하게 확장하거나 구부리지 않고 턱받이(#11)에 턱을 쉽게 놓을 수 있도록 합니다.
  8. 가스 전달 튜브(#8)를 마우스피스(#9)로 머리와 턱 받침대를 통해 환자를 향한 마우스피스(#9)를 반복합니다. 피사체가 이미지화되고 있는 눈의 측면을 기계에 튜브 루프를 두게 한다.
  9. 마우스피스를 환자의 입에 삽입합니다. 피사체가 비호흡 설정을 통해 호흡연습을 하여 기기에 익숙해지도록 격려한다. 피사체가 심호흡을 통해 가스 교환을 용이하게 할 수 있도록 하십시오.
  10. 코 클립(#10)을 피사체에 놓아 마우스피스를 통해 호흡하는지 확인합니다.
  11. 구성 2의 3방향 밸브를 유지하거나 실내 공기에 노출되거나 특정 가스 혼합물에 노출되기 위해 이미지를 획득하는지 여부에 따라 구성 1로 변경합니다. 향후 참조를 위해 가스 흡입의 시작으로 시간을 기록하십시오.
  12. 이미징을 위해 선택된 눈위에 따라 피사체가 턱받이의 오른쪽 또는 왼쪽 부분(#11)에 턱을 놓게 한다.
  13. 이마가 머리 받침대(#11)와 단단히 닿을 때까지 머리를 앞으로 움직여야 합니다.
  14. 테스트 프로토콜에 의해 결정된 OCTA 관심 스캔을 캡처합니다. 본 연구에서는, 포베아를 중심으로 한 3mm x 3mm 이미지 3개가 1분 동안 가스 호흡 후에 포착되었다.
    1. 피사체가 머리를 앞으로 향하게 하고 시야 중앙에 있는 대상에 고정시키면서 계속 유지하게 합니다.
    2. 홍채 뷰에서 볼 수 있는 라이브 이미지에서 스캔의 가운데를 가합니다.
    3. 왼쪽-오른쪽 화살표를 사용하여 턱받이를 안팎으로 이동하여 조리개에 초점을 맞춥니다.
    4. foveal 딥이 기본적으로 발생하는 OCT 스캔의 중심에 있는지 확인합니다.
    5. 이미지를 가져다. 스캔은 일반적으로 OCTA 컴퓨터에서 몇 초 동안 지속됩니다.
    6. 스캔이 완료된 후 OCTA 이미지를 보고 적절한 품질인지 확인합니다. 신호 강도는 OCTA 제조업체에서 제공하는 10포인트 척도에서 7 이상이어야 합니다.
    7. 저장을 선택하거나 눈을 다시 스캔합니다.
    8. 필요한 만큼의 스캔에 대해 3.14.1-3.14.7단계를 반복합니다.
    9. 피사체가 기기에서 다시 앉을 수 있도록 합니다. 이 가스 혼합물로 눈의 스캔이 더 이상 필요하지 않은 경우 노즈 클립 (#10)과 마우스 피스 (#9)를 제거하십시오.
  15. CO2 가스 도발 실험을2 시작하기 전에 피험자에게 2분 동안 휴식을 허용합니다.
  16. 1.2단계에서 지정된 대로 더글라스 백을 첫 번째 원하는 공기 혼합물(5%CO2,21% 산소 및 74% 질소로 구성)으로 채웁니다. 3방향 밸브는 이 단계 이후 구성 2에 있습니다.
  17. 도 1에 도시된 바와 같이 공기 제어 부를 비호흡 유닛에 연결하여 완전한 가스 비호흡 장치 설정및 1.1.4 단계에 기재된 바와 같이. 모든 조인트가 밀봉 테이프로 밀폐되어 있는지 확인하십시오.
  18. 3.9-3.14 단계를 반복하지만 3.11 단계에서 지시할 때 이제 3방향 밸브를 구성 1로 설정합니다.
  19. CO2 가스 도발 후 피험자에게 10분 휴식을 주어 기준선으로 복귀할 수 있도록 한다.
  20. 피사체가 휴식 하는 동안, 1.2 단계에 따라 100%O2로 더글라스 백을 채웁니다.
  21. 3.17-3.18 단계를 반복하여 100%O2 가스 도발 조건 하에서 실험을 수행하였다.

4. 실험 적인 정리

  1. 피사체의 마우스피스(#9)와 코 클립(#10)의 일회용 요소를 폐기합니다.
  2. 알코올 면봉을 사용하여 머리와 턱 받침대 (#11)를 청소하십시오. 피사체 의자, OCTA 테이블 및 OCTA 핸들을 소독용 물티슈로 닦아 잘못된 타액을 제거합니다.
  3. 3방향 밸브(#3)에서 공기 제어 장치 및 비호흡 장치와 같은 기본 구성 요소에 셋업을 분리합니다.
  4. 피사체에서 내뿜은 공기가 공기 제어 장치의 요소에 도달하지 않아야하므로 1.2.2 단계에 따라 더글라스 가방을 비우고 향후 검색을 위해 장소에 배치하십시오. 더글라스 백에서 어댑터(#2*)와 3방향 밸브(#3)로 클린 보르 튜브(#2)를 분리하여 보관이 용이합니다. 이렇게 하면 공기 제어 장치 정리가 완료됩니다.
  5. 팔꿈치 관절에서 분리하여 비호흡 유닛에서 가스 전달 튜브(#8)를 제거합니다(#7). 사내 고무 튜브(#5)와 튜브 어댑터(#4)를 양방향 비호흡 밸브(#6)에서 분리합니다. 그런 다음 밀봉 테이프를 제거하고 부품을 분리하여 팔꿈치 조인트(#7)에서 동일한 작업을 수행합니다.
    참고: 양방향 비호흡 밸브의 보다 광범위한 세척은 추가적인 관리를 위해 내부 다이어프램을 제거하기 위해 분해함으로써 촉진될 수 있다.
  6. 재사용 가능한 구성 요소의 정화를 위해 소독제 목욕준비
    1. 가스 전달 튜브(#8)를 적절하게 희석하고 잘 혼합된 세제 소독제로 담길 수 있을 만큼 큰 용기를 채웁니다. 이 경우, 1:6425의비율로 물로 세제를 희석.
  7. 준비된 소독욕장에서 가스 전달 튜브(#8), 양방향 비호흡 밸브(#6), 팔꿈치 조인트(#7), 사내 고무 튜브(#5) 및 튜브 어댑터(#4)를 10분 이상 담그십시오.
  8. 목욕이 끝난 후 모든 부품을 제거하고 물로 완전히 헹구십시오.
  9. 깨끗한 조리대에 종이 타월에 놓아 공기 건조시킵니다.
  10. 공기 건조가 완료되면 종이 타월을 폐기하고 모든 구성 요소를 보관하십시오.

5. OCTA 데이터 내보내기 및 분석

  1. OCTA 데이터 내보내기
    1. 선택한 이동식 미디어 장치를 OCTA 컴퓨터에 삽입하여 OCTA 데이터를 내보냅니다. 관심 있는 피사체와 스캔을 찾습니다.
    2. 내보내기를 선택하여 이동식 미디어 장치에서 .bmp 형식으로 관심 있는 데이터 제목이 포함된 zip 폴더를 만듭니다.
  2. OCTA 데이터 분석
    1. 추가 이미지 분석 및 처리를 수행할 수 있는 기능을 사용하여 실험실 컴퓨터에서 OCTA 데이터를 구성합니다.
    2. 사용자 지정 스크립트를 사용하여 전역 임계값 기술을 사용하여 노이즈를 억제하고 추가 피쳐 추출을 수행합니다. OCTA 이미지를 비나화하고 골격화합니다.
    3. 후 처리 된 이미지에서, 선박 골격 밀도 (VSD)19,,26,OCTA의 이불화 된 골격 이미지에 수행 된 다음 방정식에 의해 계산 된 이미지에서 선박의 총 선형 길이의 차원없는 측정을 계산합니다.
      Equation 1
      여기서 i 및 j는 픽셀 좌표(i,j),L(i,j)은i,j 상관관계를 나타내는 흰색 픽셀을i,j의미하며, LX(i,j)는i,j 모든 픽셀을 의미하며, n은 픽셀 배열의 치수를 말하며, 이는 n x n 픽셀(19,,26)으로가정할 수 있다. X 이 방정식의 분모는 스켈레톤화된 이미지에서 작성된 것으로 계산되는 총 픽셀 수를 나타내지만 전체 이미지의 물리적 영역을 나타내는 것으로 생각할 수 있습니다.

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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 μm의 광학 축 해상도를 제공합니다. 대부분의 경우, OCTA 데이터는 대표적인 그림 2에나타난 바와 같이 2D enface 형식으로 제시된다. 이 데이터를 정량화하기 위한 많은 메트릭이 존재하므로 피사체와 다른 조건 간의 비교가 가능합니다. 대표적인 메트릭, 혈관 골격 밀도(VSD)는 도 2에서전체 망막 혈관조영술과 함께 도시된다. 모세혈관이 가스 노출에 반응하여 혈관 수축 및 혈관 처리됨에 따라 모세관 밀도도 변화합니다. 하이퍼캡닉 조건은 VSD의 증가를 초래할 것으로 예상되며, 과산화 조건은 실내 공기 조건에 비해 VSD의 감소를 초래할 것으로 예상된다.

Figure 2
그림 2: 고산소, 실내 공기 및 고산 조건에서 선박 골격 밀도(VSD)의 대표적인 결과. 이 그래픽은 건강한 76세 여성 대상체의 3mm x 3mm OCTA 혈관조영및 혈관 밀도 를 보여줍니다. 행 1은 각각의 가스 호흡 도발 조건에 대해 빨간색으로 표현된 망막 안료 상피 위의 내상관 신호를 가진 포베를 통한 단일 대표적인 수평 OCT B-스캔-100%O2,실내 공기 및 5%CO2를 각각 나타낸다. 행 2는 256 개의 OCTA B 스캔으로 구성된 단일 OCTA 면 이미지로 구성되며 그 중 하나는 행 1에 표시됩니다. 행 3은 선박이 이비및 골격화된 후 처리 후 행 2의 동일한 OCTA 이미지로 구성됩니다. 행 4는 3행의 이미지에서 로컬로 계산된 VSD를 보여주는 열 맵으로 구성됩니다. 왼쪽에서 오른쪽으로 열이 진행됨에 따라 로컬 VSD 핫스폿의 총 VSD 및 상대 수가 증가합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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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 관절과 같은 특정 요소는 생략되거나 다른 구성 요소로 대체 될 수 있습니다. 그림 1은 설정의 핵심 부분인 공기 제어 장치, 재호흡 방지 장치 및 피사체/이미징 장치 장치가 하나의 간단한 연결로 서로 상호 연결하는 방법을 보여 줍니다. 가스 혼합물은 더글라스 백을 저장소로 사용하여 쉽게 제어할 수 있습니다. 또한 추가 모니터는 설정의 여러 지점에 추가할 수 있습니다. 예를 들어, 팔꿈치 관절에는 피험자의 호흡 상태를 보다 정확하게 특성화하기 위해 단면CO2와 같은 피험자의 호기에서 가스를 측정하는 데 사용될 수 있는 선택적 샘플링 포트가 포함되어 있습니다. 이 비호흡 장치의 강도는 클리닉 조건과 연구원의 요구 사항에 대한 적응력에 있습니다. OCTA 이미징이 사용되지만, 다른 이미징 양식은 이 가스 설정으로 구현될 수 있습니다.

테스트 중 가스에 노출되는 순서는 반응성 측정을 편향시키지 않는 것이 중요할 수 있습니다. Tayyari 등24에 의한 연구는 망막 혈관의 혈관 수축 상태가 과산소 가스 도전의 결론 후에 지속되고 hypercapnic RVR 평가에 영향을 미칠 수 있다는 것을 건의했습니다. 그러나, 다른 망막 혈관 산소화(27)와 망막 혈관 직경16 모두 과산소 호흡의 중단 후 2.5 분 이내에 기준선으로 반환을 보여 주었다. 가스 도발의 기간도 중요합니다. 이전 연구는 혈관 수축이 과산소 노출의 1 분 후에 측정가능하고 거의 모든 혈관 수축이 개시의 4-5 분 후에 일어났다는 것을 보여주었습니다. 혈관 직경은 적어도 20 분28이상 산소 노출로 안정적으로 유지됩니다. 고산가스 도발의 경우, 망막 동맥 및 정맥 혈관 직경에 대한 피크 효과는 5% 이산화탄소조건에3분 후에 관찰되었다 4. 제안된 방법은 대뇌 혈관 반응성에 대한 대카피니아의 효과가 1 및 4분에 상응하는 것으로 나타났기 때문에, 이미징 및 환자 불편에 필요한 시간을현저히감소시키기 때문에 이 연구는 1분 후에 가스 비호흡 후에 이미징을 시작한다.

노즈 클립이 있는 마우스피스를 사용하면 방독면을 사용하여 이러한 실험을 개선할 수 있습니다. 마우스 피스를 사용하여 hyperoxic 조건을 유도하는 이전 연구는 마스크를 사용할 때 5 % 증가30에 비해 2 %15의 망막 관절의 혈액 산소 농도의 평균 증가를 지적했다. 그러나, 코 클립을 추가 하 여, 이 방법은 이 이전 연구에서 발생할 수 있습니다 그들의 코를 통해 공기의 어떤 금액을 영감을 피사체에 대 한 잠재력을 감소 한다. 설정에서 오류의 가능성은 환자의 편안함과 수정되지 않은 OCTA 시스템을 사용하는 동안 얼굴 마스크를 착용의 추가 합병증과 균형을해야합니다. 여기에는OCTA(31)에서 마스크를 위한 공간을 만들고 마스크 자체가 차지하는 넓은 공간에서 가스 교환 및 혼합의 잠재력이 포함된다(32).32 마우스피스 설정에 관한 한 가지 관심사는 hyperoxia33의유도 동안CO2(PCO 2)의부분 압력의 변화로 인한 RVR에 대한 복합 혈관 수축 효과에 대한 잠재력이다. 상기 호흡 장치는 순차적 재호흡회로(33,,34)를통해 이산화탄소의 일정한 단부 조석 부분 압력을 유지함으로써 이러한 혼동 효과를 조절하도록 변형될 수 있다.

시험 도중, 환자는 잘 산소를 공급하고 있더라도 관 회로를 통해호흡할 때 호흡의 부족을 느낄 수 있습니다. 이 감각은 잠재적으로 튜브를 통해 호흡 할 때 가스 흐름에 대한 저항이 증가하기 때문입니다. 피사체가 당황하거나 놀라지 않도록 몇 가지 단계를 수행 할 수 있습니다. 첫째, 가스의 재호흡을 최소화하기 위해 피사체의 입과 양방향 비호흡 밸브 사이의 사각 공간을 최소화하는 것이 중요합니다. 매우 짧은 세그먼트에도 불구하고, 피사체는 여전히 호흡이 더 어려운 것처럼 "느낌"할 수 있습니다. 따라서, 피사체가 임의의 데이터 수집을 개시하기 전에 가스 비호흡 장치를 통해 피사체를 호흡시켜 피사체를 설정에 익숙해지게 하는 것이 중요하다. 심사관은 피사체가 천천히 깊게 호흡하도록 상기시키고, 맥박 산소 측정 값을 면밀히 주시하고, 그 결과를 확신시키기 위해 피사체에 알려야 합니다. 또한 마우스피스를 삽입하는 동안 피사체가 편안하게 앉아 OCTA 헤드레스트에 머리를 편안하게 앉을 수 있도록 하십시오. 이것은 피사체가 그들의 입에서 그것을 지키기 위하여 힘으로 물지 않아도 되도록 OCTA chinrest의 주위에 마우스피스 관을 지시하는 관련시킵니다. OCTA 스캔에 모션 아티팩트를 도입할 수 있기 때문에 피사체가 고정 대상을 응시하고 말하기를 포함하여 눈이나 머리 의 움직임을 초래하는 행동을 제한하도록 합니다. 피험자 연구에 참여하는 데 따른 불편함이 최저가를 초과하는 경우 실험을 철회하도록 권장되어야 합니다.

하이퍼카피니아 및 hyperoxia는 특히 혈역학적으로 정상 과목35,,36에서본 연구에서 본 가스 변이의 크기 및 기간에 평균 동맥 압력에 큰 영향을 미칠 것으로 예상되지 않는다. 그러나, 가스 호흡 도발 도중 혈압의 측정은 측정 절차 자체가 연구 결과 혼동하거나 시험 도중 주제 불안을 증가시키지 않는 경우에 유용할 지도 모릅니다. RVR을 평가하기 위한 바람직한 자극이 평균 동맥 압력을 증가시키는 경우, 핸드 그립 테스트37,,38,,39 또는 냉간 가압 기시험(40)과같은 대안적인 방법이 피험자의 혈압을 보다 직접적으로 그리고 효과적으로 증가시킬 수 있는 것으로 간주될 수 있다.

OCTA는 건강한 환자와 혈관 밀도에 대한 대부분의 변이 계수를 가진 망막병증환자 모두에서 좋은 무과및 상호 재현성을 허용하며 6%41,,42미만의 배 밀도를 허용합니다. 당뇨병 환자의 관심있는 환자 집단에서, 혈관 밀도에 대한 가변성의 세션 간 계수는 1 개월 의 간격에서도 6 % 미만으로유지되었다 43. 따라서 이 방법을 사용하여 RVR의 세로 변화를 따를 수 있습니다. 그러나 종방향 후속 조치 동안, 커피섭취(44)와같은 망막 혈관 반응성 평가에 대한 잠재적인 혼란을 추적하는 것이 중요할 것이다. 또한 연구중인 조건 및 망막 층에 따라 반응성에 영향을 미칠 수 있는 일주 변화에 민감할 필요가 있을 수 있다45,,46,,47.

방법의 광범위한 적용가능성에도 불구하고, 환자 모집 중에 몇 가지 요인을 고려해야 합니다. 이 비호흡 절차는 저산소 가스 혼합물을 사용하지 않지만, 튜브를 통해 호흡에 대한 저항성이 증가하면 천식 및 만성 폐쇄성 폐 질환을 포함한 폐쇄성 폐 질환이 이미 있는 사람들에게 추가적인 위험을 초래할 수 있습니다. 호흡 곤란이 이미 우려되는 심장 질환을 포함한 피험자의 경우 추가 조사를 받아야합니다. 고혈압 및 당뇨병을 포함한 보다 흔한 혈관 질환의 경우, 가스 챌린지 시험은 여러 연구에서 이들 환자 집단에서 유사한 가스 조성물로 수행되어8,,9,,48,그리고 최근에는 기재된 방법2로,이들 논문에서 부작용에 대한 보고가 없었다.

더욱이, OCTA 이미지는 망막의 기능에 대한 중요한 정보를 포함하고 있지만 많은 파라미터는 다른 많은 이미징 기술과 마찬가지로 모세관침대(49,,50)의형태를 정량화하기 위해 계산될 수 있으며, OCTA 스캔 해석에 한계가 존재한다. 변위 아티팩트, 모션 아티팩트 및 프로젝션아티팩트(50)를 포함한 이미징 결함은 이미징 품질에 영향을 줄 수 있습니다. OCTA는 내피 또는 혈관 벽을 시각화하지 않고 신호를 감지하는 흐름에 의존한다. 결과적으로, OCTA 메트릭은 본질적인 혈관 특성을 대표하지만 미세 혈관 구조의 완벽한 표현이 아닐 수 있는 지수를 포함합니다. 조직학과의 비교는 망막 혈관 구조의 실제 밀도가 OCTA51로평가보다 클 수 있음을 보여주었습니다. 또한 10-15 μm 미만의 마이크로 선박 내의 흐름의 시간적 변화는 스캔23사이의 OCTA 이미지 강도의 변화를 일으킬 수 있습니다. 이는 최소 감지 속도 미만의 유량으로 인한 것으로 의심됩니다.

결론, 가스 교환 설정의 편리성, 재료의 저렴한 비용, 그리고 다양한 안과 이미징 장치에 적용되는 방법에 대한 능력은 특히 OCTA 시스템과 함께 망막 이미징과 관련이 있음을 의미합니다. 양성 및 음성 RVR 반응을 모두 자극함으로써, 이 설정은 또한 현재 기술을 사용하여 검출을 회피하는 혈관을 시각화하여 망막 혈관 질환 생리학뿐만 아니라 OCTA 시스템 자체의 한계를 조사하는 데 사용될 수 있지만, 추가 자극이 있는 것이 분명합니다.

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Disclosures

칼 자이스 메디텍은 이 기사의 주제와 관련된 AHK에 보조금, 장비 및 재정 지원을 제공했습니다.

Acknowledgments

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

Name Company Catalog Number Comments
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 L capacity) Harvard Apparatus 500942 https://www.harvardapparatus.com/douglas-bag.html
Elbow Joint (Inner Diameter 19 mm/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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신경 과학 문제 157 OCTA 혈관 반응성 망막 Hypercapnia Hyperoxia 인간 망막 혈관 / 병리학 단층 촬영 광학 일관성
광학 일관성 단층 조영술 혈관 조영술에 의해 평가된 망막 혈관 반응성
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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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