Waiting
登录处理中...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

Reatividade Vascular da Retina avaliada pela Angiografia de Tomografia de Coerência Óptica

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

Este artigo descreve um método para medir a reatividade da vasculatura da retina in vivo com indivíduos humanos usando uma técnica de provocação respiratória a gás para fornecer estímulos vasoativos ao adquirir imagens de retina.

Abstract

O fornecimento vascular para a retina tem se mostrado para se adaptar dinamicamente através de vasoconstrição e vasodilatação para acomodar as demandas metabólicas da retina. Esse processo, chamado de reatividade vascular da retina (RVR), é mediado pelo acoplamento neurovascular, que é prejudicado muito cedo em doenças vasculares da retina, como a retinopatia diabética. Portanto, um método clinicamente viável de avaliação da função vascular pode ser de interesse significativo tanto na pesquisa quanto nos cenários clínicos. Recentemente, a imagem in vivo da vasculatura da retina no nível capilar foi possível pela aprovação da FDA de angiografia de tomografia de coerência óptica (OCTA), um método de angiografia não invasiva, de risco mínimo e dyeless com resolução de nível capilar. Simultaneamente, mudanças fisiológicas e patológicas no RVR têm sido mostradas por vários pesquisadores. O método mostrado neste manuscrito foi projetado para investigar o RVR usando OCTA sem necessidade de alterações nos procedimentos clínicos de imagem ou dispositivo. Demonstra imagens em tempo real da vasculatura da retina e da retina durante a exposição a condições hipercapônicas ou hiperoxic. O exame é facilmente realizado com duas pessoas em menos de 30 min com mínimo desconforto ou risco. Este método é adaptável a outros dispositivos de imagem oftalmológicos e as aplicações podem variar de acordo com a composição da mistura de gás e da população do paciente. Um ponto forte desse método é que permite uma investigação da função vascular da retina no nível capilar em seres humanos in vivo. As limitações deste método são em grande parte as do OCTA e outros métodos de imagem da retina, incluindo artefatos de imagem e um alcance dinâmico restrito. Os resultados obtidos a partir do método são imagens OCT e OCTA da retina. Essas imagens são passíveis de qualquer análise possível em dispositivos OCT ou OCTA disponíveis comercialmente. O método geral, no entanto, pode ser adaptado a qualquer forma de imagem oftálmica.

Introduction

A demanda metabólica da retina depende de um fornecimento adequado e constante de oxigênio fornecido por um sistema bem regulado de arterioles, capilares e venulos1. Vários estudos têm demonstrado que a função de vasos de retina humana de maior calibre pode ser avaliada in vivo com vários estímulos fisiológicos22,3,4,5 e farmacológicos6,7. Além disso, a função anormal deste sistema vascular é comum em doenças vasculares da retina, como a retinopatia diabética, onde a reatividade vascular da retina (RVR) tem se mostrado atenuada mesmo em seus estágios iniciais8,9 através de provocação de gás9 e experimentos de luz cintilante5,10,11. Fatores de risco vascular da retina, como o tabagismo, também foram correlacionados com o RVR12 prejudicado e o fluxo sanguíneo da retina13. Esses achados são importantes, pois os sintomas clínicos da doença vascular da retina ocorrem relativamente tardios no processo da doença e os marcadores clínicos precoces comprovados da doença são carentes14. Assim, avaliar o RVR pode fornecer medidas úteis de integridade vascular para a avaliação precoce de anormalidades que podem iniciar ou exacerbar doenças degenerativas da retina.

Experimentos rvr anteriores geralmente se basearam em dispositivos como um medidor de fluxo sanguíneo laser9 ou câmeras fundus equipadas com filtros especiais15 para aquisição de imagens de retina. No entanto, essas tecnologias são otimizadas para vasos de maior diâmetro, como arterioles16 e venulos15, que não são onde ocorrem gás, micronutrientes e troca molecular. Um estudo mais recente foi capaz de quantificar o RVR de capilares utilizando imagens de óptica adaptativa17, mas apesar da melhor resolução espacial, essas imagens têm um tamanho de campo menor e não são aprovadas pela FDA para uso clínico18.

O recente advento da angiografia de tomografia de coerência óptica (OCTA) forneceu um método angiográfico aprovado pela FDA, não invasivo e dyeless para avaliar mudanças de nível capilar em pacientes humanos e sujeitos in vivo. O OCTA é amplamente aceito na prática clínica como uma ferramenta eficaz para avaliar o comprometimento da perfusão capilar em doenças vasculares da retina, como retinopatia diabética19, oclusões venosas da retina20, vasculite21 e muitas outras22. O OCTA oferece, portanto, uma excelente oportunidade para a avaliação de alterações de nível capilar, que podem ter heterogeneidade espacial e temporal significativa23, bem como alterações patológicas, em um ambiente clínico. Nosso grupo demonstrou recentemente que o OCTA pode ser usado para quantificar a capacidade de resposta dos vasos da retina no nível capilar2 para alterações fisionicais no oxigênio inspirado, que é um estímulo vasoconstritivo da retina16,24,e dióxido de carbono, que é um estímulo vasodilatório de retina3,5.

O objetivo deste artigo é descrever um protocolo que permitirá ao leitor avaliar a reatividade vascular da retina dos arterioles menores e leito capilar utilizando OCTA. Os métodos são adaptados daqueles apresentados em Lu et al.25 que descreveram a medição da reatividade cerebrovascular com ressonância magnética. Embora os métodos atuais tenham sido desenvolvidos e utilizados durante a imagem OCTA2,eles são aplicáveis a outros dispositivos de imagem de retina com modificações relativamente simples e óbvias.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Este estudo foi aprovado pelo Conselho de Revisão Institucional da Universidade do Sul da Califórnia e aderiu aos princípios da Declaração de Helsinque.

1. Configuração do aparelho de não resrespiração de gás

Figure 1
Figura 1: Diagrama do aparelho que não rerespira. A configuração completa foi dividida em três unidades separadas de acordo com sua função e a frequência com que são tratadas independentemente. Estes incluem: a Unidade de Controle de Ar, a Unidade de Não Resrespiração e a Unidade de Dispositivo de Assunto/Imagem Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

  1. Montagem do aparelho
    1. Conecte o saco Douglas(Figura 1, #1) à válvula de três vias (#3) em uma porta de entrada seletiva através do tubo de diâmetro interno de 35 mm (#2; veja Tabela de Materiais) com adaptador (#2*). Esta combinação será chamada de "Unidade de Controle aéreo", conforme mostrado na Figura 1.
    2. Conecte a válvula de não resrespiração bidirecional (#6) ao conector da articulação do cotovelo (#7) na porta da boca da válvula que não rerespira. Forme a conexão utilizando um tubo de borracha (#5) equipado com um adaptador (#4).
    3. Conecte a articulação do cotovelo à tubulação de entrega de gás (#8). Esta configuração, incluindo a válvula de não resrespiração (#6), tubos interno (#5), adaptadores (#4), articulação do cotovelo (#7) e tubulação de entrega de gás (#8) será chamada de "Unidade de Não Rerespiração".
      NOTA: Minimizar a quantidade de espaço morto entre a boca do sujeito e o diafragma da válvula de não resrespiração bidirecional (#6).
    4. Conecte a Unidade de Controle de Ar na porta de saída da válvula de três vias (#3) à Unidade de Não Resrespiração na porta de entrada da válvula de não resrespiração bidirecional (#6). Faça a conexão usando tubos de borracha adicionais (#5) e adaptadores (#4) como os descritos anteriormente que permitem que as peças sejam inseridas umas nas outras.
    5. Sele todas as conexões soltas embrulhando as juntas com fita de vedação para garantir um ajuste hermético.
    6. Conecte o tubo de entrega de gás (#8) em sua extremidade aberta a um bocal (#9) conforme mostrado na Unidade de Dispositivo de Assunto/Imagem da Figura 1.
      NOTA: Esta etapa (1.1.6) pode ser adiada até que o teste do sujeito esteja pronto para começar (Passo 3.5).
  2. Preparação da Unidade de Controle aéreo para não resarceção de gás
    1. Isole a Unidade de Controle de Ar desconectando-a de qualquer tubulação interna (#5) ou adaptadores (#4) se ainda não estiver separado.
    2. Certifique-se de que a bolsa Douglas (#1) está vazia ou vazia a bolsa Douglas (#1) de qualquer ar, enrolando sistematicamente o saco da extremidade distal em direção à porta de entrada do saco com a válvula de três vias (#3) definida na Configuração 1, conforme mostrado na Figura 1.
    3. Encha o saco douglas (#1) com a mistura de gás apropriada.
      1. Se apenas a intenção de não rerespirar no ar de quarto, ajuste a válvula de três vias para a configuração 2 (mostrada na Figura 1) e não encha o saco douglas (#1). Caso contrário, continue com as etapas que compõem a Etapa 1.2.3.
      2. Conecte a Unidade de Controle de Ar (indicada na Figura 1) na porta de saída da válvula de três vias (#3) a um cilindro de gás (contendo a mistura de ar desejada) utilizando os adaptadores e tubos apropriados. Use um adaptador de punho para montar um tubo de enchimento de gás de 1/8" até o diâmetro externo da válvula de três vias (#3).
      3. Ajuste o conjunto da válvula de três vias à configuração 1 (conforme mostrado na Figura 1) para permitir que o gás pretendido flua do cilindro de armazenamento para o saco Douglas (#1). Abra o cilindro de gás.
      4. Uma vez que o saco Douglas (#1) esteja preenchido com o volume pretendido (geralmente meio cheio), feche a tomada do cilindro de gás e ajuste a válvula de três vias para a Configuração 2, que isola o gás dentro do saco Douglas (#1). Desconecte a unidade de controle de ar de qualquer tubulação usada para encher o saco douglas (#1).

2. Preparando o Assunto para A Imagem

  1. Após o sujeito consentir em participar do estudo, consulte o sujeito por trás do dispositivo de imagem OCTA. Explique os procedimentos de teste para o sujeito.
  2. Confirme o histórico médico do sujeito para garantir que o sujeito não tenha condições médicas existentes que aumentem o risco de participação no estudo.
    NOTA: Doenças cardiovasculares ou pulmonares pré-existentes são fatores de risco para os quais os indivíduos podem ser excluídos da participação. É essencial que o sujeito entenda que pode parar o procedimento a qualquer momento por qualquer motivo, como sentir-se tonto ou algum desconforto inesperado adicional.
  3. Determine o olho a ser avaliado de acordo com o protocolo de teste. Um olho só pode ser imagempara limitar o tempo de teste e minimizar os potenciais desconfortos do gás não rerespirar.
  4. Considere a dilatação ocular se o sujeito tiver um tamanho de pupila de cerca de 2,5 mm ou menos. Embora a dilatação não seja obrigatória, aumenta as chances de adquirir imagens de boa qualidade. Para dilato, instilar uma gota cada de 0,5% de solução oftálmica de cloríre de proparacaina, 1% solução oftálmica tropicamida e 2,5% solução oftálmica de cloridrato de fenilloreto de fenilfrie. A dilatação total deve ocorrer dentro de 10-15 minutos.

3. Experimento de Provocação de Gás e Aquisição de Imagens

  1. Crie um perfil para o paciente na máquina OCTA.
  2. Use luvas.
  3. Limpe a cabeça e o queixo octa com um cotonete de álcool para desinfetar a configuração.
  4. Liberte o bocal (#9) de sua embalagem estéril.
    NOTA: Evite tocar o bocal o máximo possível, pois este componente faz contato direto com o revestimento muco da boca do sujeito
  5. Conecte o bocal (#9) ao tubo de entrega de gás (#8)
  6. Coloque um oxímetro de pulso no dedo dos sujeitos e comece a monitorar os níveis de saturação de oxigênio e pulso.
    NOTA: Uma vez que o sujeito comece a respirar a mistura de ar desejada, o oxímetro de pulso deve ser continuamente monitorado pelo examinador. Se a saturação de oxigênio do sujeito cair abaixo de 94%, o experimento deve ser interrompido, por precaução de segurança, e o sujeito observado até que eles retornem à linha de base.
  7. Ajuste a altura da configuração OCTA para que o sujeito possa facilmente descansar o queixo no queixo (#11) sem estender ou flexionar demais o pescoço.
  8. Enruma o tubo de entrega de gás (#8) com o acessório do bocal (#9) através da cabeça e do queixo com o bocal (#9) voltado para o paciente. Tenha o laço de tubulação através da máquina oppposite do lado do olho que o sujeito está tendo imagem.
  9. Insira o bocal na boca do paciente. Incentive o sujeito a praticar a respiração através da configuração de não resrespiração para criar familiaridade com o aparelho. Certifique-se de que o sujeito respira fundo para facilitar a troca de gás.
  10. Coloque o grampo de nariz (#10) sobre o objeto para garantir que eles estão respirando através do bocal.
  11. Mantenha a válvula de três vias na configuração 2 ou altere-a para a configuração 1, dependendo se as imagens estão sendo adquiridas para exposição ao ar ambiente ou a uma mistura de gás específica, respectivamente. Para referência futura, observe o tempo como o início da inalação de gás.
  12. Coloque o queixo na seção direita ou esquerda do queixo (#11) de acordo com o olho selecionado para a imagem.
  13. Certifique-se de que eles movem a cabeça para a frente até que a testa esteja em contato firme com o encosto de cabeça (#11).
  14. Capture a varredura octa de interesse, conforme determinado pelo protocolo de teste. Neste estudo, três imagens de 3 mm x 3 mm centradas na fovea foram capturadas após 1 min de respiração a gás.
    1. Mande o sujeito manter a cabeça virada para a frente e ainda fixar-se no alvo no centro de sua visão
    2. Na imagem ao vivo vista na vista de íris, centralize a varredura.
    3. Concentre-se na íris movendo o chinrest para dentro ou para fora usando as setas esquerda-direita.
    4. Certifique-se de que o mergulho foveal está centrado na tomografia, o que deve ocorrer por padrão.
    5. Tire uma imagem. A varredura geralmente dura vários segundos em uma máquina OCTA.
    6. Veja a imagem OCTA após a conclusão da varredura e certifique-se de que ela é de qualidade adequada. A força do sinal deve ser de 7 ou melhor em uma escala de 10 pontos fornecida pelo fabricante OCTA.
    7. Selecione salvar ou refazer o olho.
    8. Repita as etapas 3.14.1-3.14.7 para o máximo de varreduras desejadas.
    9. Deixe o sujeito se sentar da máquina. Remova o clipe do nariz (#10) e o bocal (#9) quando não forem necessárias mais varreduras do olho com esta mistura de gás.
  15. Permita aos sujeitos uma pausa de 2 min antes de iniciar experimentos de provocação de gás CO2.
  16. Encha o saco douglas com a primeira mistura de ar desejada (composta por 5% de CO2, 21% de oxigênio e 74% de nitrogênio), conforme especificado na etapa 1.2. A válvula de três vias estará na Configuração 2 após esta etapa.
  17. Configuração completa do aparelho de não resrespiração do gás, conectando a Unidade de Controle de Ar à Unidade de Não Resrespiração, conforme mostrado na Figura 1 e descrita na etapa 1.1.4. Certifique-se de que todas as juntas são herméticas com fita adesiva.
  18. Repita as etapas 3.9-3.14, mas agora defina a válvula de três vias para a configuração 1 quando direcionada na etapa 3.11.
  19. Dê aos sujeitos uma pausa de 10 min após a provocação do gás CO2 para permitir um retorno à linha de base.
  20. Enquanto o sujeito está no intervalo, encha o saco douglas com 100% O2 de acordo com a etapa 1.2.
  21. Repita as etapas 3.17-3.18 para realizar o experimento condições de provocação de gás 100% O2.

4. Limpeza Experimental

  1. Descarte os elementos descartáveis da configuração: o bocal do sujeito (#9) e o clipe do nariz (#10).
  2. Limpe a cabeça e o descanso do queixo (#11) usando um cotonete de álcool. Limpe a cadeira de assunto, a mesa OCTA e as alças OCTA com uma limpeza desinfetante para remover qualquer saliva errante.
  3. Desconecte a configuração em seus componentes básicos — a Unidade de Controle de Ar e a Unidade de Não Resrespiração — na válvula de três vias (#3).
  4. Como nenhum ar exalado do sujeito deveria ter atingido os elementos da Unidade de Controle Aéreo, esvaziar a bolsa Douglas de acordo com a etapa 1.2.2 e colocar em um local para recuperação futura. Desconecte o tubo de bor limpo (#2) com adaptador (#2*) e válvula tridirecional (#3) da bolsa Douglas, se desejar para facilitar o armazenamento. Isso completa a limpeza da Unidade de Controle Aéreo.
  5. Remova o tubo de entrega de gás (#8) da Unidade sem resarção, desconectando-o da articulação do cotovelo (#7). Desconecte o tubo de borracha interno (#5) e os adaptadores de tubulação (#4), da válvula de não rerespirar de duas vias (#6). Em seguida, faça o mesmo a partir da articulação do cotovelo (#7) removendo a fita de vedação e desprendendo as peças, puxando-as separadas.
    NOTA: Uma limpeza mais extensiva da válvula de não resrespiração bidirecional pode ser facilitada desmontando-a para remover os diafragmas internos para cuidados adicionais.
  6. Prepare um banho desinfetante para limpeza dos componentes reutilizáveis
    1. Encha um recipiente grande o suficiente para submergir o tubo de entrega de gás (#8) com um desinfetante detergente devidamente diluído e bem misturado. Neste caso, diluir o detergente com água para uma razão de 1:6425.
  7. Mergulhe o tubo de entrega de gás (#8), válvula de não resrespiração bidirecional (#6), articulação do cotovelo (#7), tubo de borracha interna (#5) e adaptadores de tubulação (#4) no banho desinfetante preparado por pelo menos 10 min.
  8. Retire todas as peças depois que o banho acabar e enxágue-as cuidadosamente com água.
  9. Coloque-os em uma toalha de papel em uma bancada limpa para serem secos ao ar.
  10. Uma vez concluída a secagem a ar, elimine a toalha de papel e coloque todos os componentes afastados para armazenamento.

5. Exportação e Análise de Dados OCTA

  1. Exportação de dados OCTA
    1. Exporte dados OCTA inserindo um dispositivo de mídia removível de escolha no computador OCTA. Encontre o assunto e escaneie de interesse.
    2. Selecione Exportar para criar uma pasta zip contendo os dados de interesse em um formato .bmp no dispositivo de mídia removível.
  2. Análise de dados do OCTA
    1. Organize os dados do OCTA em um computador de laboratório com a capacidade de realizar análises e processamento adicionais de imagens.
    2. Use um script personalizado para suprimir o ruído com uma técnica global de limiare executar a extração adicional de recursos. Binarize e esquelize as imagens octa.
    3. Nas imagens pós-processadas, calcule a densidade do esqueleto do vaso (VSD)19,26, uma medida adimensional do comprimento linear total dos vasos em uma imagem calculada pela seguinte equação realizada em uma imagem esquelizada binada do OCTA:
      Equation 1
      onde i e j referem-se à coordenada pixel(i,j), L(i,j) refere-se a pixels brancos representando descorrelação, X(i,j) refere-se a todos os pixels, e n refere-se às dimensões do conjunto de pixels, que pode ser assumido como n x n pixels19,26. O denominador desta equação representa o número total de pixels que é calculado como escrito a partir da imagem esqueletizada, mas pode ser considerado como representando a área física de toda a imagem.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

A saída deste experimento consiste nas leituras manuais retiradas do oxímetro de pulso, no tempo observado para a exposição ao gás ou na varredura octa e nos dados brutos de imagem OCTA. Uma imagem OCTA consiste nas varreduras B de OCT e no sinal de descorrelação associado a cada b-scan. Os parâmetros de dados são dados pelas especificações do dispositivo. Uma máquina octa de plataforma laser de origem varrida com um comprimento de onda central de 1040-1060 nm foi usada. As imagens fornecem uma resolução transversal de 20 μm e resolução axial óptica de 6,3 μm. Na maioria das vezes, os dados octa são apresentados em um formato de enface 2D, como foi mostrado na figura representativa Figura 2. Existem muitas métricas para quantificar esses dados de forma a permitir comparações entre sujeitos e entre diferentes condições. Uma métrica representativa, densidade do esqueleto do vaso (VSD), é mostrada juntamente com angiogramas de retina completos na Figura 2. Como os capilares vasoconstrito e vasodilado em resposta à exposição ao gás, a densidade capilar também muda. Espera-se que as condições hipercapnicas resultem em um aumento das condições de VSD e hiperoxico susesperados resultando em uma diminuição do VSD quando comparado com as condições de ar ambiente.

Figure 2
Figura 2: Resultados representativos da densidade esquelética do vaso (VSD) em condições hiperoxic, ar ambiente e hipercapnica. Este gráfico mostra os angiogramas octa de 3 mm x 3 mm e os achados de densidade do vaso de um indivíduo saudável de 76 anos. A linha 1 mostra um único ecrã b-scan horizontal representativo através da fovea com sinal de descorrelação acima do epitélio do pigmento da retina representado por vermelho para cada uma das condições de provocação respiratória do gás — 100% O2, ar ambiente e 5% CO2, respectivamente. A linha 2 consiste em uma única imagem de enface OCTA construída a partir de 256 varreduras B octa, uma das quais é mostrada na linha 1. A linha 3 consiste nas mesmas imagens OCTA na Linha 2 após o pós-processamento em que os vasos foram binados e esqueletizados. A linha 4 consiste em um mapa de calor mostrando VSD calculado localmente a partir das imagens na linha 3. Observe que o número total de VSD e o número relativo de pontos quentes VSD locais aumenta à medida que um progride nas colunas da esquerda para a direita. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

A metodologia acaba de ser descrita é o protocolo completo para um experimento de provocação de respiração a gás que permite a medição do RVR de um sujeito em um ambiente controlado em pontos de tempo específicos sem modificações no dispositivo de imagem OCTA e mínimo desconforto ou risco para o sujeito. Essa configuração é descrita de forma a permitir modificações fáceis para atender às necessidades do pesquisador. Ele pode acomodar tubos adicionais para caber em diferentes salas clínicas e certos elementos como a tubulação interna ou a articulação do cotovelo podem ser omitidos ou substituídos por outros componentes. A Figura 1 mostra como as partes-chave da configuração — a Unidade de Controle de Ar, a Unidade de Não Resrespiração e a Unidade de Dispositivo de Assunto/Imagem — interagem entre si em uma conexão simples. As misturas de gás podem ser facilmente controladas usando o saco douglas como reservatório. Além disso, monitores suplementares podem ser adicionados em vários pontos da configuração. Por exemplo, a junta do cotovelo contém uma porta de amostragem opcional que pode ser usada para medir os gases na exalação do sujeito, como a maré final CO2 para uma caracterização mais precisa do estado de respiração do sujeito. A força desse aparelho de não resrespiração está em sua adaptabilidade tanto às condições clínicas quanto às necessidades dos pesquisadores. Embora a imagem OCTA seja usada, outras modalidades de imagem poderiam ser implementadas com essa configuração de gás.

A ordem de exposição aos gases durante os testes pode ser importante para não influenciar as medidas de reatividade. Estudos de Tayyari et al.24 sugerem que um estado vasoconstritivo dos vasos de retina persistiu após a conclusão de um desafio do gás hiperoxico e pode impactar a avaliação hipercapnic RVR. No entanto, outros mostraram que a oxigenação do vaso retiniano27 e o diâmetro do vaso de retina16 retornam à linha de base dentro de 2,5 min após a cessação da respiração hiperoxica. A duração da provocação do gás também é importante. Trabalhos anteriores mostraram que a vasoconstrição é mensurável após 1 min de exposição hiperoxica e que quase toda a vasoconstrição ocorreu após 4-5 min de início. Os diâmetros dos vasos permanecerão estáveis com exposição ao oxigênio por mais de 20 min28. No caso da provocação do gás hipercapnico, foram observados efeitos máximos nos diâmetros dos vasos arteriais e venosos da retina após 3 min de exposição a 5% das condições de dióxido de carbono4. O método proposto é que este estudo comece a fazer imagens após 1 min de gás não resrespirar porque o efeito da hipercapnia na reatividade vascular cerebral tem se mostrado equivalente a 1 e 4 min, reduzindo significativamente o tempo necessário para a imagem e o desconforto do paciente29.

Usando um porta-voz com um grampo de nariz, esta configuração pode melhorar esses experimentos usando uma máscara de gás. Estudos anteriores induzindo condições hiperoxic usando um porta-voz observaram um aumento médio na concentração média de oxigênio no sangue de arterioles retinais de 2%15 em comparação com um aumento de 5%30 ao usar uma máscara. No entanto, adicionando um grampo de nariz, este método deve reduzir o potencial para que os sujeitos inspirem qualquer quantidade de ar através de seu nariz, como pode ter ocorrido neste estudo anterior. O potencial de erro na configuração deve ser equilibrado com o conforto do paciente e as complicações adicionais do uso de uma máscara facial ao usar um sistema OCTA não modificado. Estes incluem a criação de espaço para a máscara no OCTA31 e o potencial de troca de gás e mistura no grande espaço ocupado pela própria máscara32. Uma preocupação em relação à configuração do bocal é o potencial de efeitos vasoconstritivos compostos no RVR devido a alterações na pressão parcial do CO2 (PCO2) durante a indução da hiperoxia33. O aparelho respiratório pode ser modificado para controlar este efeito de confusão mantendo uma pressão parcial de maré final constante de dióxido de carbono com um circuito de rerespiração seqüencial33,34.

Durante os testes, os pacientes podem sentir falta de ar ao respirar através do circuito do tubo, mesmo que estejam oxigenando bem. Essa sensação é potencialmente devido ao aumento da resistência ao fluxo de gás ao respirar através da tubulação. Várias medidas podem ser tomadas para garantir que o assunto não fique desconcertado ou alarmado. Em primeiro lugar, é importante minimizar o comprimento do espaço morto entre a boca do sujeito e a válvula de não resrespiração bidirecional para minimizar a rerespiração do gás. Mesmo com um segmento muito curto, os sujeitos ainda podem "sentir" como respirar é mais difícil. Por isso, é importante que o sujeito respire através do aparelho de não respiro gasoso antes do início de qualquer coleta de dados para familiarizar o sujeito com a configuração. O examinador deve lembrar o sujeito a respirar devagar e profundamente, ficar de olho nas leituras de oximetria de pulso e informar o sujeito de seus achados para obter tranquilidade. Além disso, certifique-se de que o sujeito pode sentar-se confortavelmente e descansar a cabeça facilmente sobre o encosto de cabeça OCTA enquanto o bocal é inserido. Isso envolve direcionar o tubo do bocal através e ao redor do chinrest OCTA para que o sujeito não precise morder com força para mantê-lo em sua boca. Lembre-se do sujeito de manter o olhar para o alvo de fixação e limitar ações que resultem em movimento de olho ou cabeça, incluindo falar, pois estes podem introduzir artefatos de movimento nas varreduras OCTA. O sujeito deve ser incentivado a se retirar do experimento se o desconforto de participar do estudo ultrapassar o mínimo.

Não se espera que a hipercapnia e a hiperoxia tenham um efeito significativo sobre a pressão arterial média na magnitude e duração da variação gasosa observada neste estudo especialmente em indivíduos hemodinamicamente normais35,36. No entanto, a medição da pressão arterial durante provocações de respiração a gás pode ser útil se o procedimento de medição em si não confundir o estudo ou aumentar a ansiedade do sujeito durante o teste. Se o estímulo preferido para a avaliação do RVR é aumentar a pressão arterial média, métodos alternativos como o teste de aperto de mão37,38,,39 ou teste de pressor frio40, que pode aumentar de forma mais direta e eficaz a pressão arterial de um sujeito, podem ser considerados.

O OCTA permite uma boa reprodutibilidade intravisita e intervisita em pacientes saudáveis e aqueles com retinopatia com a maioria dos coeficientes de variação para densidade de vasos inferiores a 6%41,42. Em uma população de interesse de pacientes, como a de pacientes diabéticos, o coeficiente inter-sessão de variabilidade para densidade de vasos permaneceu abaixo de 6% mesmo em um intervalo de um mês43. Assim, este método poderia ser usado para seguir as mudanças longitudinais no RVR. Durante os acompanhamentos longitudinais, no entanto, será importante acompanhar os potenciais confundidores para a avaliação da reatividade vascular da retina, como a ingestão de café44. Também pode haver necessidade de ser sensível à variação diurna que pode impactar a reatividade dependendo da condição e da camada de retina em estudo45,46,47.

Apesar da ampla aplicabilidade do método, alguns fatores precisam ser considerados durante o recrutamento do paciente. Embora este procedimento de não rerespiração não utilize uma mistura de gás hipóxico, o aumento da resistência à respiração através do tubo pode representar riscos adicionais para aqueles que já têm doenças pulmonares obstrutivas, incluindo asma e doença pulmonar obstrutiva crônica. Para os sujeitos, incluindo aqueles com problemas cardíacos, em que a falta de ar já é uma preocupação, sua participação no estudo deve receber escrutínio adicional. No caso de doenças vasculares mais comuns, incluindo hipertensão arterial e diabetes, foram realizados testes de desafio gasoso com composições de gás semelhantes nessas populações de pacientes em diversos estudos8,9,48, e mais recentemente com o método descrito2, e não houve relatos de eventos adversos nestes artigos.

Além disso, embora as imagens OCTA contenham informações significativas sobre a função da retina e muitos parâmetros possam ser computados para quantificar a morfologia do leito capilar49,50, como acontece com muitas outras tecnologias de imagem, existem limitações na interpretação de tomografias OCTA. Defeitos de imagem, incluindo artefatos de deslocamento, artefatos de movimento e artefatos de projeção50 podem afetar a qualidade da imagem. O OCTA depende do fluxo para detectar o sinal sem visualizar o endotélio ou a parede vascular. Como resultado, as métricas octa envolvem índices que são representativos das propriedades vasculares intrínsecas, mas podem não ser representações perfeitas da microvasculatura. Comparações com a histologia mostraram que a densidade real da vasculatura da retina pode ser maior do que a avaliada com octa51. Além disso, alterações temporais no fluxo dentro de microvasos inferiores a 10-15 μm podem causar variação na intensidade da imagem OCTA entre as varreduras23. Suspeita-se que isso seja devido a taxas de fluxo abaixo de uma velocidade mínima detectável.

Para concluir, a conveniência da configuração da troca de gás, o baixo custo dos materiais e a capacidade do método de ser aplicado a uma ampla variedade de dispositivos de imagem oftalmológica significam que ele permanecerá relevante para a imagem da retina, especialmente com sistemas OCTA. Ao estimular uma resposta RVR positiva e negativa, essa configuração também pode ser usada para sondar a fisiologia da doença vascular da retina, bem como os limites dos próprios sistemas OCTA, visualizando os vasos que escapam da detecção usando a tecnologia atual, mas são aparentes com estimulação adicional.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Carl Zeiss Meditec forneceu subvenções, equipamentos e apoio financeiro à AHK relacionadas ao tema deste artigo.

Acknowledgments

Este trabalho foi apoiado por NIH K08EY027006, R01EY030564, UH3NS100614, Research Grants from Carl Zeiss Meditec Inc (Dublin, CA) e Unrestricted Department Funding from Research to Prevent Blindness (Nova York, NY).

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Country, M. W. Retinal metabolism: A comparative look at energetics in the retina. Brain Research. 1672, 50-57 (2017).
  2. Ashimatey, B. S., Green, K. M., Chu, Z., Wang, R. K., Kashani, A. H. Impaired Retinal Vascular Reactivity in Diabetic Retinopathy as Assessed by Optical Coherence Tomography Angiography. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 60 (7), 2468 (2019).
  3. Hickam, J. B. M. D., Frayser, R. P. D. Studies of the Retinal Circulation in Man: Observations on Vessel Diameter, Arteriovenous Oxygen Difference, and Mean Circulation Time. Circulation. 33 (2), 302-316 (1966).
  4. Dorner, G. T., Garhoefer, G., Zawinka, C., Kiss, B., Schmetterer, L. Response of Retinal Blood Flow to CO2 -Breathing in Humans. European Journal of Ophthalmology. 12 (6), 459-466 (2002).
  5. Linsenmeier, R. A., Zhang, H. F. Retinal oxygen: from animals to humans. Progress in Retinal and Eye Research. 58, 115-151 (2017).
  6. Eliakim, M., Mor, I., Michaelson, I. C. Assessment of pharmacologic effects on the retinal circulation of hypertensive subjects by a quantitative method. Microvascular Research. 4 (4), 374-383 (1972).
  7. Gilmore, E. D., et al. Retinal arteriolar hemodynamic response to an acute hyperglycemic provocation in early and sight-threatening diabetic retinopathy. Microvascular Research. 73 (3), 191-197 (2007).
  8. Hickam, J. B., Sieker, H. O. Retinal Vascular Reactivity in Patients with Diabetes Mellitus and with Atherosclerosis. Circulation. 22 (2), 243-246 (1960).
  9. Gilmore, E. D., et al. Retinal Arteriolar Diameter, Blood Velocity, and Blood Flow Response to an Isocapnic Hyperoxic Provocation in Early Sight-Threatening Diabetic Retinopathy. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 48 (4), 1744 (2007).
  10. Garhofer, G. Reduced response of retinal vessel diameters to flicker stimulation in patients with diabetes. British Journal of Ophthalmology. 88 (7), 887-891 (2004).
  11. Felder, A. E., Wanek, J., Blair, N. P., Shahidi, M. Inner Retinal Oxygen Extraction Fraction in Response to Light Flicker Stimulation in Humans. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 56 (11), 6633-6637 (2015).
  12. Rose, K., Flanagan, J. G., Patel, S. R., Cheng, R., Hudson, C. Retinal Blood Flow and Vascular Reactivity in Chronic Smokers. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 55 (7), 4266 (2014).
  13. Omae, T., Nagaoka, T., Yoshida, A. Effects of Habitual Cigarette Smoking on Retinal Circulation in Patients With Type 2 Diabetes. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 57 (3), 1345 (2016).
  14. Pusparajah, P., Lee, L. H., Abdul Kadir, K. Molecular Markers of Diabetic Retinopathy: Potential Screening Tool of the Future. Frontiers in Physiology. 7, (2016).
  15. Hammer, M., Vilser, W., Riemer, T., Schweitzer, D. Retinal vessel oximetry-calibration, compensation for vessel diameter and fundus pigmentation, and reproducibility. Journal of Biomedical Optics. 13 (5), 054015 (2008).
  16. Gilmore, E. D., Hudson, C., Preiss, D., Fisher, J. Retinal arteriolar diameter, blood velocity, and blood flow response to an isocapnic hyperoxic provocation. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 288 (6), 2912-2917 (2005).
  17. Duan, A., Bedggood, P. A., Metha, A. B., Bui, B. V. Reactivity in the human retinal microvasculature measured during acute gas breathing provocations. Scientific Reports. 7 (1), 2113 (2017).
  18. Burns, S. A., Elsner, A. E., Sapoznik, K. A., Warner, R. L., Gast, T. J. Adaptive optics imaging of the human retina. Progress in Retinal and Eye Research. 68, 1-30 (2019).
  19. Kim, A. Y., Chu, Z., Shahidzadeh, A., Wang, R. K., Puliafito, C. A., Kashani, A. H. Quantifying Microvascular Density and Morphology in Diabetic Retinopathy Using Spectral-Domain Optical Coherence Tomography Angiography. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 57 (9), (2016).
  20. Koulisis, N., et al. Quantitative microvascular analysis of retinal venous occlusions by spectral domain optical coherence tomography angiography. PLOS ONE. 12 (4), 0176404 (2017).
  21. Kim, A. Y., et al. Quantifying Retinal Microvascular Changes in Uveitis Using Spectral-Domain Optical Coherence Tomography Angiography. American Journal of Ophthalmology. 171, 101-112 (2016).
  22. Kashani, A. H., et al. Optical coherence tomography angiography: A comprehensive review of current methods and clinical applications. Progress in Retinal and Eye Research. 60, 66-100 (2017).
  23. Yu, D. Y., et al. Retinal capillary perfusion: Spatial and temporal heterogeneity. Progress in Retinal and Eye Research. 70, 23-54 (2019).
  24. Tayyari, F., et al. The Relationship between Retinal Vascular Reactivity and Arteriolar Diameter in Response to Metabolic Provocation. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 50 (10), 4814 (2009).
  25. Lu, H., Liu, P., Yezhuvath, U., Cheng, Y., Marshall, O., Ge, Y. MRI Mapping of Cerebrovascular Reactivity via Gas Inhalation Challenges. Journal of Visualized Experiments. (94), e52306 (2014).
  26. Reif, R., Qin, J., An, L., Zhi, Z., Dziennis, S., Wang, R. Quantifying Optical Microangiography Images Obtained from a Spectral Domain Optical Coherence Tomography System. International Journal of Biomedical Imaging. 2012, 1-11 (2012).
  27. Olafsdottir, O. B., Eliasdottir, T. S., Kristjansdottir, J. V., Hardarson, S. H., Stefánsson, E. Retinal Vessel Oxygen Saturation during 100% Oxygen Breathing in Healthy Individuals. PLOS ONE. 10 (6), 0128780 (2015).
  28. Kiss, B., et al. Retinal Blood Flow during Hyperoxia in Humans Revisited: Concerted Results Using Different Measurement Techniques. Microvascular Research. 64 (1), 75-85 (2002).
  29. Yezhuvath, U. S., Lewis-Amezcua, K., Varghese, R., Xiao, G., Lu, H. On the assessment of cerebrovascular reactivity using hypercapnia BOLD MRI. NMR in biomedicine. 22 (7), 779-786 (2009).
  30. Hardarson, S. H., et al. Automatic Retinal Oximetry. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 47 (11), 5011 (2006).
  31. Sousa, D. C., Leal, I., Moreira, S., Dionísio, P., Abegão Pinto, L., Marques-Neves, C. Hypoxia challenge test and retinal circulation changes - a study using ocular coherence tomography angiography. Acta Ophthalmologica. 96 (3), 315-319 (2018).
  32. Slessarev, M., Somogyi, R., Preiss, D., Vesely, A., Sasano, H., Fisher, J. A. Efficiency of oxygen administration: Sequential gas delivery versus "flow into a cone" methods. Critical Care Medicine. 34 (3), 829-834 (2006).
  33. Gilmore, E. D., Hudson, C., Venkataraman, S. T., Preiss, D., Fisher, J. Comparison of Different Hyperoxic Paradigms to Induce Vasoconstriction: Implications for the Investigation of Retinal Vascular Reactivity. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 45 (9), 3207 (2004).
  34. Shahidi, A. M., Patel, S. R., Huang, D., Tan, O., Flanagan, J. G., Hudson, C. Assessment of total retinal blood flow using Doppler Fourier Domain Optical Coherence Tomography during systemic hypercapnia and hypocapnia. Physiological Reports. 2 (7), 12046 (2014).
  35. Maleki, N., et al. The Effect of Hypercarbia and Hyperoxia on the Total Blood Flow to the Retina as Assessed by Magnetic Resonance Imaging. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 52 (9), 6867 (2011).
  36. Smit, B., Smulders, Y. M., vander Wouden, J. C., Oudemans-van Straaten, H. M., Spoelstra-de Man, A. M. E. Hemodynamic effects of acute hyperoxia: systematic review and meta-analysis. Critical Care. 22 (1), 45 (2018).
  37. Piccolino, F. P., Cagini, C., Fruttini, D., Nicolò, M., Eandi, C. M., Tito, S. Retinal Vascular Reactivity in Central Serous Chorioretinopathy. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 59 (11), 4425 (2018).
  38. Sousa, D. C., et al. A Protocol to Evaluate Retinal Vascular Response Using Optical Coherence Tomography Angiography. Frontiers in Neuroscience. 13, 566 (2019).
  39. Robinson, F., Riva, C. E., Grunwald, J. E., Petrig, B. L., Sinclair, S. H. Retinal Blood Flow Autoregulation in Response to on Acute Increase in Blood Pressure. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 27 (5), 5 (1986).
  40. Gherghel, D., Hosking, S. L., Cunliffe, I. A. Abnormal Systemic and Ocular Vascular Response to Temperature Provocation in Primary Open-Angle Glaucoma Patients: A Case for Autonomic Failure. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 45 (10), 3546 (2004).
  41. You, Q., et al. Reproducibility of vessel density measurement with Optical Coherence Tomography Angiography in eyes with and without retinopathy. Retina. 37 (8), 1475-1482 (2017).
  42. Lei, J., et al. Repeatability and Reproducibility of Superficial Macular Retinal Vessel Density Measurements Using Optical Coherence Tomography Angiography En Face Images. JAMA Ophthalmology. 135 (10), 1092 (2017).
  43. Czakó, C., et al. Intrasession and Between-Visit Variability of Retinal Vessel Density Values Measured with OCT Angiography in Diabetic Patients. Scientific Reports. 8 (1), 10598 (2018).
  44. Field, A. S., Laurienti, P. J., Yen, Y. F., Burdette, J. H., Moody, D. M. Dietary Caffeine Consumption and Withdrawal: Confounding Variables in Quantitative Cerebral Perfusion Studies. Radiology. 227 (1), 129-135 (2003).
  45. Baek, S. U., et al. Diurnal change of retinal vessel density and mean ocular perfusion pressure in patients with open-angle glaucoma. PLOS ONE. 14 (4), 0215684 (2019).
  46. Müller, V. C., Storp, J. J., Kerschke, L., Nelis, P., Eter, N., Alnawaiseh, M. Diurnal variations in flow density measured using optical coherence tomography angiography and the impact of heart rate, mean arterial pressure and intraocular pressure on flow density in primary open-angle glaucoma patients. Acta Ophthalmologica. 97 (6), (2019).
  47. Sarwar, S., et al. Diurnal variation of choriocapillaris vessel flow density in normal subjects measured using optical coherence tomography angiography. International Journal of Retina and Vitreous. 4 (1), 37 (2018).
  48. Liu, P., De Vis, J. B., Lu, H. Cerebrovascular reactivity (CVR) MRI with CO2 challenge: A technical review. NeuroImage. 187, 104-115 (2019).
  49. Ting, D. S. W., et al. Optical Coherence Tomographic Angiography in Type 2 Diabetes and Diabetic Retinopathy. JAMA Ophthalmology. 135 (4), 306 (2017).
  50. Spaide, R. F., Fujimoto, J. G., Waheed, N. K., Sadda, S. R., Staurenghi, G. Optical coherence tomography angiography. Progress in retinal and eye research. 64, 1-55 (2018).
  51. An, D., et al. Quantitative comparisons between optical coherence tomography angiography and matched histology in the human eye. Experimental Eye Research. 170, 13-19 (2018).

Tags

Neurociência Edição 157 OCTA Reatividade Vascular Retina Hipercapnia Hiperoxia Humanos Vasos Retinais/Patologia Tomografia Coerência Óptica
Reatividade Vascular da Retina avaliada pela Angiografia de Tomografia de Coerência Óptica
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kushner-Lenhoff, S., Ashimatey, B.… More

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter