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Artículo de método

Fotografía del fondo como una herramienta conveniente para estudiar las respuestas microvasculares a factores de riesgo cardiovascular en los estudios epidemiológicos

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DOI:

10.3791/51904

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22 de octubre de 2014

 ,  ,  ,  , 
1Environmental Risk and Health, Flemish Institute for Technological Research (VITO), 2Centre for Environmental Sciences, Hasselt University, 3Transportation Research Institute, Hasselt University, 4Department of Public Health, Occupational and Environmental Medicine, Leuven University

En este artículo

Resumen

Análisis de imágenes de retina es un procedimiento discreto para la visualización de la microcirculación. El impacto de los factores de riesgo de enfermedades cardiovasculares puede resultar en cambios de calibres de los vasos de la retina. Los procedimientos para adquirir imágenes de fondo de ojo y los pasos para el cálculo de la embarcación calibres se describen.

Resumen

La microcirculación se compone de vasos sanguíneos con un diámetro inferior a 150 micras. Se hace que una gran parte del sistema circulatorio y juega un papel importante en el mantenimiento de la salud cardiovascular. La retina es un tejido que recubre el interior del ojo y es el único tejido que permite un análisis no invasivo de la microvasculatura. Hoy en día, las imágenes de fondo de ojo de alta calidad pueden ser adquiridos usando cámaras digitales. Imágenes retinianas se pueden recoger en 5 min o menos, incluso sin la dilatación de las pupilas. Este procedimiento discreto y rápido para la visualización de la microcirculación es atractiva para aplicar en los estudios epidemiológicos y para controlar la salud cardiovascular desde la edad temprana hasta la vejez.

Las enfermedades sistémicas que afectan a la circulación pueden dar como resultado cambios morfológicos progresivos en la vasculatura de la retina. Por ejemplo, los cambios en los calibres de los vasos de la retina de las arterias y venas se han asociado con la hipertensión, la ateroesclerosisesclerosis, y un mayor riesgo de accidente cerebrovascular e infarto de miocardio. Las anchuras de los vasos se obtienen utilizando software de análisis de imagen y la anchura de las seis arterias y las venas más grandes se resumen en la Central de la Retina arteriolar Equivalente (CRAE) y el equivalente Central de la Retina Venulares (CRVE). Estas últimas características se han mostrado útiles para estudiar el impacto del estilo de vida modificables y factores de riesgo de enfermedades cardiovasculares ambientales.

Los procedimientos para adquirir imágenes de fondo de ojo y los pasos de análisis para la obtención de CRAE y CRVE se describen. Los coeficientes de variación de las medidas repetidas de CRAE y CRVE están a menos de 2% y dentro de calificadores fiabilidad es muy alta. El uso de un estudio de panel, la rápida respuesta de los calibres de los vasos de la retina a los cambios a corto plazo en la contaminación del aire por partículas, se reportó un factor de riesgo conocido de la mortalidad y morbilidad cardiovascular. En conclusión, las imágenes de la retina se propone como una herramienta conveniente e instrumental para studie epidemiológicas para estudiar respuestas microvasculares a factores de riesgo de enfermedades cardiovasculares.

Introducción

La microcirculación se compone de vasos sanguíneos con un diámetro inferior a 150 micras e incluye arterias más pequeñas de resistencia, arteriolas, capilares y vénulas. Estos vasos forman una gran parte del sistema circulatorio y juegan un papel importante en el mantenimiento de la salud cardiovascular. El diámetro de los vasos de 150 micras es un fisiológico y un límite físico. Las propiedades reológicas de los vasos con un diámetro inferior a 150 micras difieren de las grandes arterias. Además, la mayoría de los cambios de resistencia autorreguladores se producen aguas abajo de 150 micras de lechos vasculares que exhiben autorregulación del flujo de sangre 1. La microcirculación tiene dos funciones importantes. La función principal es proporcionar células con oxígeno y sustratos metabólicos con el fin de satisfacer la demanda de tejidos y para drenar productos de desecho y el dióxido de carbono. Las alteraciones en el número de buques de cambio y los patrones de flujo microvascular reduce el área efectiva de superficie de intercambio y pueden LEAd para la perfusión tisular subóptima y un fracaso para satisfacer la demanda metabólica 2. Además, la presión hidrostática cae dentro del lecho vascular y la microcirculación desempeña un papel en la regulación de la resistencia periférica general 3.

La retina es un tejido estratificado que recubre el interior del ojo. Su función principal es la de convertir la luz entrante en una señal neuronal que se propaga más a la corteza visual para el procesamiento de la información visual. La función de la retina es ver el mundo exterior y todas las estructuras oculares que intervienen en este proceso son ópticamente transparentes. Esto hace que el tejido de la retina accesible para formación de imágenes no invasiva de la microvasculatura 4. Imágenes de la retina está siendo utilizado para identificar enfermedades de los ojos. Por ejemplo, una forma avanzada de la degeneración macular puede conducir a la pérdida de la visión debido al crecimiento anormal de vasos sanguíneos en la mácula. Estos vasos sanguíneos tienden a ser más permeable y sujeto a bleeding y fuga de sangre y las proteínas dentro o debajo de la retina. Los últimos acontecimientos son responsables por los daños irreversibles a los fotorreceptores. Desarrollo del glaucoma se correlaciona con una perjudicial de las células ganglionares y sus axones. El efecto de este proceso conduce a ahuecamiento del disco óptico, que se puede observar en las imágenes de la retina 5. La retinopatía diabética es causada por la hiperglucemia que lleva a daño en las paredes de los vasos retinianos. Esto puede resultar en isquemia, el crecimiento de nuevos vasos sanguíneos y un cambio en la red geométrica vascular. Además, la barrera sangre-retina puede estar sujeto a la descomposición, provocando fugas de los capilares y aneurismas 6 hiperpermeables dilatados.

Microvasculatura de la retina muestra homología con las camas microvasculares que se encuentran en el corazón, los pulmones, y el cerebro 7. Se establece que las enfermedades sistémicas que afectan a la microcirculación del cerebro pueden causar cambios paralelos en la retina. Arteriolar narrowing y mayor reflejo de la luz de las arteriolas de la retina se asocia con alteraciones de los vasos, lesiones de sustancia blanca y lacunes que son causados ​​por la enfermedad de pequeños vasos cerebrales 8. Una relación significativa fue descubierto entre vénulas retinianas estrechas, una red microvascular de la retina alterada y la aparición de la enfermedad de Alzheimer. Se sugiere que los cerebros de los pacientes tienen una microvasculatura cerebral alterado que también es observable en la retina 9.

La evidencia también está aumentando sobre la correlación entre los cambios vasculares de la retina y 10,11 coronaria enfermedades del corazón. La relación entre el diámetro de las arterias de la retina y las venas de la retina (A / V) ha demostrado ser un proxy sensible para reflejar la hipertensión y la aterosclerosis 12. Un estrechamiento de las arterias y ensanchamiento de las venas, lo que lleva a una relación de A / V disminuido, corrobora el riesgo de accidente cerebrovascular y el infarto de miocardio 13. La hipertensión puede causar directaisquemia retiniana y los infartos retinianos que se hacen visibles como manchas algodonosas y profundas manchas blancas de la retina 14. Serre y Sasongko resumir recientemente la literatura y llegaron a la conclusión de que la exposición a factores de estilo de vida y de riesgos ambientales (por ejemplo, la dieta, la actividad física, el tabaquismo y la contaminación del aire) puede inducir cambios morfológicos en el lecho microvascular de la retina 15. Es importante destacar que estos cambios en la retina se han asociado con factores de riesgo cardiovascular, incluso antes de que las manifestaciones clínicas de las enfermedades 16.

Los aumentos significativos en la incidencia de la morbilidad y mortalidad cardiovascular se han atribuido a largo como a las exposiciones a corto plazo con las partículas, la contaminación del aire 17,18. La investigación indica que la materia particulada (PM), una fracción importante de la contaminación del aire, contribuye al desarrollo de la enfermedad cardiovascular e induce eventos cardiovasculares 19,20. Un deterioro de la función deel lecho microvascular se cree que desempeñan un papel en las asociaciones observadas. En este sentido, una asociación entre la exposición a la contaminación del aire y el estrechamiento de las arteriolas de la retina ha sido reportado por Adar y sus colegas 21. El calibre de las arteriolas de la retina era más estrecho y el calibre venular era más amplia entre los 4.607 participantes del Estudio Multiétnico de Aterosclerosis (MESA) que vivían en zonas con exposición aumento a largo y corto plazo para PM cuestión 2.5 (partículas ≤ 2,5 micras de diámetro) 21. La inflamación sistémica causada por la exposición crónica de la contaminación del aire puede resultar en diámetros venulares más amplios 22. Esto corrobora los estudios que reportan el impacto del tabaquismo en la cama microvascular de la retina 23. Una reciente publicación informa sobre la asociación entre la exposición a la contaminación del aire a corto plazo y los cambios microvasculares en adultos sanos (22-63 años de edad) medidos con fondo de la retina la fotografía 24. Un aumense en PM (partículas ≤ 10 m de diámetro) 10 y BC (negro de carbono, un subproducto de la combustión que puede ser utilizado como un proxy para el diesel de escape relacionada con el tráfico) se asoció con una disminución de calibre arteriolar 24,25.

En este protocolo de video científico, los procedimientos se describen para recoger las imágenes del fondo del ojo del ojo, para realizar el análisis de imagen para obtener arteriolas y vasos venular calibres, y para calcular Central de la Retina Arteriolar Equivalente (CRAE) y Central de la Retina Venulares Equivalente (CRVE). Imágenes de la retina está ganando cada vez más atención debido a que la retina es el único tejido que permite un análisis discreto de la microvasculatura y las imágenes pueden ser recogidos desde temprana edad hasta edad 26,27 años. CRAE y CRVE parecen ser parámetros sensibles que reflejan el impacto del estilo de vida modificables y factores de riesgo de enfermedades cardiovasculares ambientales sobre la microvasculatura. En el manuscrito, la repetibilidaddel recipiente de análisis se demuestra. Por otra parte, la aplicabilidad del análisis microvasculatura de la retina en los estudios epidemiológicos se muestra con un resumen de los hallazgos obtenidos en un diseño de medidas repetidas con un enfoque en el impacto de la exposición a la contaminación de partículas de aire 24.

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Protocolo

La Junta de Ética de la Universidad de Hasselt y Hospital Universitario de Amberes aprobados los estudios. Los participantes dieron su consentimiento informado por escrito para participar.

1. Configuración del instrumento

  1. Retire las cáscaras de protección negro de la cámara de retina digital y el bloque principal de la unidad.
  2. Abra el compartimiento de la batería y coloque la batería en la cámara. No desconecte el cable de conexión de la batería y la unidad principal.
  3. Tornillo de la cámara en la unidad principal y conecte los dos cables. Conecte la unidad principal a la red eléctrica y al ordenador con el cable USB suministrado.
  4. Inicie la unidad principal al cambiar el botón de encendido / apagado en "on". Inicie la cámara al cambiar el botón de encendido / apagado en "on".
  5. Inicie el equipo. Esto evitará errores de conexión entre la unidad principal y el ordenador.

2. Captura de fotografía

  1. Inicie la Retina ImagiSoftware de Control ng (y rellenar la contraseña necesaria). El software es una parte de la cámara de retina digital (véase la tabla materiales para el enlace).
  2. Iniciar el estudio haciendo clic en el icono de "Estudio" en la parte superior izquierda de la pantalla. Para un paciente nuevo, complete todos los detalles tales como identificación del paciente, nombre del paciente, fecha de nacimiento, etc Si el paciente ya está en el sistema, complete la "identificación del paciente" y utilizar el "Buscar lista de la historia". Haga doble clic sobre el nombre del paciente para iniciar el estudio.
  3. Pida al paciente a tomar asiento ante la cámara, coloque su / la barbilla en la mentonera y la frente contra el resto frente y "bloquear" la cabeza para tomar una fotografía.
  4. Pida al paciente que mire directamente a la lente de la cámara. Mueva la cámara en el (XY) plano horizontal para el ojo derecho o izquierdo.
  5. Utilice la mentonera para posicionar la córnea del paciente dentro de los dos círculos que aparecen en la pantalla de la cámara. Afinamediante el uso de la rueda en el joystick.
  6. Mueva la cámara hacia adelante, hacia atrás y hacia los lados en el plano XY con el fin de posicionar la pupila del paciente dentro de los círculos. Asegúrese de que el alumno se forma un círculo continuo. Al hacerlo, el iris del paciente se dividirán en dos partes.
  7. Utilice el "gatillo" en el mando para cambiar de la córnea a la retina. En esta etapa, el paciente debe observar una luz verde. Pida al paciente que mire la luz verde.
  8. Enfoque la cámara mediante la alineación de las dos líneas que aparecen cuando la rueda en la base de la palanca de mando se enciende. Gire la rueda hasta que las dos líneas forman una línea continua.
  9. Utilice la luz verde para poner el ojo en la posición óptima para una fotografía. Si es necesario, mover la luz utilizando los botones de flecha en la parte derecha de la cámara. Coloque la luz verde de una manera que el disco óptico se centra en la pantalla de la cámara.
  10. Buscar 2 puntos blancos que aparecieron después switching a la retina (en el paso 2.7). Para encontrar los puntos, mover la unidad en el plano XY. Las manchas son visibles como una mancha borrosa. Mueva la unidad hacia adelante o hacia atrás hasta que las manchas borrosas se convierten en puntos brillantes, blanco. El más brillante y más redonda los puntos, mejor será la calidad de la imagen es. Coloque los puntos hasta que ambos son visibles. Utilice la pequeña rueda en el joystick para traer los puntos a la mitad de la pantalla de la cámara.
  11. Confirme que las dos líneas (desde el paso 2.8) forman una línea continua. El disco óptico se centra en la pantalla de la cámara y está flanqueado por dos puntos brillantes, blanco. Tomar la fotografía de la retina por el disparo en el botón en la parte superior de la palanca de mando.
  12. Guarde la fotografía pulsando el botón "Estudio Completo" en la esquina inferior derecha de la pantalla del ordenador. Completar el estudio guardará automáticamente las fotos en un mapa y cerrar el estudio.

3. Análisis de fotografía de la retina

  1. Determinar la relación de escala por measurante la distancia entre el centro de la mácula (fóvea) y el centro del disco óptico (punto ciego). Anatómicamente esta distancia se determina que es 4,500 micras o 2,5 veces el diámetro del disco óptico, siendo este último aproximadamente 1800 micras. Asegúrese de que la distancia se mide en píxeles. Calcular la relación de escala dividiendo 4500 por la distancia (en píxeles) entre la mácula y punto ciego.
  2. Abra el software de análisis de vasos retinianos "IVAN".
    NOTA: El software es creado en la Universidad de Wisconsin en Madison. La información detallada sobre el uso de IVAN se toma del manual.
  3. Rellene la relación de escala y proceder a través de la configuración.
  4. Verifique que tres anillos amarillos aparecen en la fotografía de la retina. La relación de escala determina el radio del círculo interior y encierra el disco óptico. Compruebe que el punto medio del anillo interior está en el punto medio del disco óptico. Si este no es el caso, ajuste elubicación del círculo usando las teclas del cursor. Los radios de los círculos media y exterior son 2x y 3x mayor que el radio del círculo interior, respectivamente. De esta manera, las zonas A y B se crean a una distancia fija desde el disco óptico.
  5. Compruebe que la imagen de la retina tiene el disco óptico en el centro de la fotografía. Esto garantiza un enfoque nítido de la imagen en la zona B y esto facilitará el proceso de clasificación (Figura 4A).
  6. Observe que el software detecta automáticamente los vasos sanguíneos y asigna estos vasos como vénulas (Figura 4B).
  7. Distinguir los vasos entre las arteriolas y vénulas basadas en las diferencias fisiológicas. Las arteriolas se indicarán en rojo y en azul vénulas (Figura 4C). Utilice las siguientes pautas para identificar a cada buque:
    1. Determinar el color del vaso. Las arteriolas tienen un color naranja-rojo más ligero con una fuerte reflexión de luz central. Las venas tienen más oscuro púrpura-red de color con poco o ningún reflejo de luz central.
    2. Determinar el curso de la embarcación. Las arteriolas tienden a ser más recto y más suave en su contorno; son más regular tanto en ruta y el contorno. Vénulas son generalmente más tortuoso, y más irregulares en su contorno y diámetro. Vénulas son más amplios de diámetro en el margen de disco de las arteriolas correspondientes.
    3. Identificar el recipiente al ver la anotación del buque anterior. En principio, las arteriolas se alternan con las vénulas. Por lo tanto, si se mide una vénula distinta, el siguiente recipiente es más probable que sea una arteriola.
    4. Definir el patrón de cruce. Como regla general, las arteriolas no cruzan las arteriolas y vénulas no cruzan las vénulas. Si un buque de identidad desconocida cruza una rama venosa dentro o distal a la Zona B, entonces el barco desconocido es una arteriola. Si se cruza una rama arteriolar dentro o distal a la Zona B, entonces es una vénula.
    5. Identificar las ramas más pequeñas, trazando ellos proximallY a su ramificación de un vaso principal, la identidad de los cuales puede ser evidente a partir de las dos primeras directrices. Utilice los ángulos entre los buques para diferenciar los cruces y bifurcaciones.
      NOTA: Los cruces son con frecuencia casi perpendicular (90 °) o, si los dos recipientes se Coursing en paralelo, el ángulo del paso puede ser muy poco profunda (menos de 30 °). Ramificaciones son generalmente algo menos que perpendicular (con el ángulo entre las dos ramas de 30 ° a 45 °).
    6. Seleccione la longitud total del buque en la zona de clasificación. Asegúrese de que la desviación estándar de la embarcación seleccionada no supere el valor de 10. desviaciones estándar menores indican una buena medición.
  8. Utilice las herramientas de software para seleccionar los buques que no fueron seleccionadas por el propio software. Las mismas reglas se aplican a estos barcos de los buques seleccionados automáticamente por el software.
  9. Determinar Central de la Retina Arteriolar y Venulares Equivalente (CRAEy CRVE) automáticamente en IVAN.
  10. Calcular el CRAE y CRVE de sus respectivos buques hija ramificación usando fórmulas revisadas de Parr y Hubbard 28.
    NOTA: La relación entre troncos y ramas, con coeficientes de ramificación derivados empíricamente, se da en la siguiente dos fórmulas para aproximar equivalentes de buques. IVAN utiliza los seis arteriolas y vénulas más grandes para el cálculo de CRAE y CRVE. Las fórmulas se aplican en un procedimiento iterativo para emparejar los seis arteriolas más grandes (o vénulas) hasta que se obtenga el buque arteriolar central (o venular) equivalente.
    Las arteriolas: figure-protocol-1 (1)
    Vénulas: figure-protocol-2 (2)
    donde w 1, w 2, y W son las anchuras de la rama más estrecho, la rama más amplia, y el tronco principal, respectivamente.
    NOTA: Suponga That en una fotografía de la retina los seis arteriolas más grandes son 120, 110, 100, 90, 80, y 70 micras de ancho. Ponga 120 y 70 en la ecuación (1), así como 110 y 80, y 100 y 90 Después de la primera iteración hay tres valores: 122.2, 120.0, y 118.4. Realice la siguiente iteración por el emparejamiento de 122,2 y 118,4, produciendo 149.8. Llevar el número de en medio (120.0) para la iteración final. Par 149,8 y 120,0 para producir 168,7 para CRAE.

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Resultados

Repetibilidad de CRAE y CRVE Determinación

Un panel de 61 individuos de entre 22 a 56 años y libres de enfermedades cardiovasculares clínicamente diagnosticados fue reclutado para el estudio de repetibilidad técnico y dentro de calificadores variabilidad de Central de la Retina Arteriolar Equivalente (CRAE) y Central de la Retina Venulares equivalentes (CRVE) determinaciones. El fondo del ojo derecho de cada individuo fue fotografiado dos veces dentro de un período de tiempo de 5 min utilizando...

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Discusión

Análisis de imágenes de la retina se propone como una herramienta conveniente para el estudio de las respuestas microvasculares en los estudios epidemiológicos. Cuando se experimenta el operador, se tarda menos de 5 minutos para tomar una imagen de fondo de ojo. Además, este procedimiento discreto para la visualización de la microcirculación se puede utilizar para participantes de edad temprana hasta la vejez.

Literatura está aumentando con respecto a las asociaciones entre los cambios...

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Divulgaciones

Los autores declaran que no tienen intereses financieros en competencia actuales o potenciales.

Agradecimientos

Los resultados sobre la respuesta microvascular de contaminación de partículas en el aire se reproducen con permiso de Environmental Health Perspectives 24. Los datos meteorológicos y de calidad de aire validados fueron amablemente proporcionados por el Instituto Meteorológico de Bélgica Real y de la Agencia de Medio Ambiente de Flandes. El software de análisis de imagen retiniana se obtuvo del Dr. N. Ferrier (Escuela Madison de Ingeniería y la fotografía del fondo de ojo Reading Center, Departamento de Oftalmología y Ciencias Visuales de la Universidad de Wisconsin-Madison). Tijs Louwies y Eline Provost son compatibles con una beca de VITO. Eline Provost tiene una beca de investigación aspirante del Fondo Científico flamenca. Tim S. Nawrot es titular de una concesión de partida del Consejo Europeo de Investigación.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Cámara de retina no midriática Canon CR-2 Hospithera (Bruselas, Bélgica)http://www.usa.canon.com/cusa/healthcare/products/eyecare/digital_non_mydriatic_retinal_cameras/cr_2. Cualquier otra cámara de retina con una resolución y especificaciones comparables se puede utilizar para el análisis de la microvasculatura de la retina. La compatibilidad debería  antes de iniciar un estudio.
IVAN: SoftwareEste software se puede utilizar sin cargo para fines científicos. Se puede obtener poniéndose en contacto con la Dra. Nicola Ferrier (Escuela de Ingeniería de Madison y Centro de Lectura de Fotografía de Fundus
, Departamento de Oftalmología y Ciencias Visuales, Universidad de Wisconsin; Madison). http://directory.engr.wisc.edu/me/faculty/ferrier_nicola. Teléfono: (608) 265-8793,
Fax: (608) 265-2316 o correo electrónico: ferrier@engr.wisc.edu
 
de medición de buques

Referencias

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