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Article de méthode

Photographie fond comme un outil pratique pour étudier les réponses microvasculaires à des facteurs de risque de maladie cardiovasculaire dans les études épidémiologiques

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DOI :

10.3791/51904

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22 octobre 2014

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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

Dans cet article

Résumé

Analyse de l'image de la rétine est une procédure discrète pour visualiser la microcirculation. L'impact des facteurs de risque de maladies cardio-vasculaires peut entraîner des changements de calibres des vaisseaux rétiniens. Les procédures pour l'acquisition des images du fond d'œil et les étapes pour calculer le navire calibres sont décrits.

Résumé

La microcirculation est constitué de vaisseaux sanguins avec des diamètres inférieurs à 150 um. Il représente une grande partie du système circulatoire et joue un rôle important dans le maintien de la santé cardiovasculaire. La rétine est un tissu qui tapisse l'intérieur de l'oeil et il est le seul tissu qui permet une analyse non-invasive de la microvascularisation. Aujourd'hui, les images de fond d'œil de haute qualité peuvent être obtenues par des caméras numériques. Images rétiniennes peuvent être collectées en 5 min ou moins, même sans dilatation des pupilles. Cette procédure discrète et rapide pour la visualisation de la microcirculation est intéressant d'appliquer dans les études épidémiologiques et de surveiller la santé cardiovasculaire de jeune âge jusqu'à la vieillesse.

Les maladies systémiques qui affectent la circulation peuvent entraîner des changements morphologiques progressistes dans le système vasculaire rétinien. Par exemple, des changements dans les calibres des vaisseaux des artères et veines rétiniennes ont été associés à l'hypertension, l'athérosclérosesclérose en plaques, et un risque accru d'accident vasculaire cérébral et d'infarctus du myocarde. Les largeurs de navires sont calculés à l'aide du logiciel d'analyse d'image et la largeur des six plus grandes artères et les veines sont résumés dans la centrale des artérioles rétiniennes équivalent (CRAE) et l'équivalent centrale de la rétine des veinules (CRVE). Les dernières caractéristiques ont été montrés utiles pour étudier l'impact du mode de vie modifiables et les facteurs de risque des maladies cardiovasculaires de l'environnement.

Les procédures pour l'acquisition des images du fond d'œil et les étapes de l'analyse pour obtenir CRAE et CRVE sont décrits. Les coefficients de variation des mesures répétées de la CRAE et CRVE sont moins de 2% et intra-évaluateur fiabilité est très élevé. En utilisant une étude de panel, la réponse rapide des calibres des vaisseaux de la rétine à l'évolution à court terme de la pollution atmosphérique particulaire, un facteur de risque connu pour la mortalité et la morbidité cardiovasculaire, est rapporté. En conclusion, l'imagerie de la rétine est proposé comme un outil pratique et instrumentale pour studie épidémiologiques pour étudier les réponses microvasculaires à des facteurs de risque de maladies cardio-vasculaires.

Introduction

La microcirculation est constitué de vaisseaux sanguins avec des diamètres inférieurs à 150 um et comprend plus petites artères de résistance, artérioles, veinules et capillaires. Ces récipients constituent une grande partie du système circulatoire et jouent un rôle important dans le maintien de la santé cardiovasculaire. Le diamètre de la cuve de 150 um est physiologique et une limite physique. Les propriétés rhéologiques des vaisseaux d'un diamètre inférieur à 150 pm diffèrent des grosses artères. En outre, la plupart des changements de résistance autorégulation se produisent en aval de 150 um dans les lits vasculaires présentant le débit sanguin autorégulation 1. La microcirculation a deux fonctions importantes. La fonction principale est de fournir des cellules avec de l'oxygène et des substrats métaboliques pour répondre à la demande de tissus et de drainer les déchets et le dioxyde de carbone. Modifications dans le nombre de navires de change et les modèles de flux microvasculaire réduit la surface effective d'échange et peuvent Léad pour l'irrigation des tissus sous-optimale et une incapacité à répondre à la demande métabolique 2. En outre, la pression hydrostatique à l'intérieur de la chambre diminue et la microcirculation vasculaire joue un rôle dans la régulation de la résistance périphérique global 3.

La rétine est un tissu doublure stratifiée à l'intérieur de l'oeil. Sa principale fonction est de convertir la lumière incidente en un signal neuronal qui est encore propagée vers le cortex visuel de traitement d'information visuelle. La fonction de la rétine est de voir le monde extérieur et toutes les structures oculaires impliqués dans ce processus sont optiquement transparent. Cela rend le tissu rétinien accessible pour l'imagerie non-invasive de la microvascularisation 4. Imagerie rétinienne est utilisé pour identifier les maladies de l'oeil. Par exemple, une forme avancée de la dégénérescence maculaire peut entraîner une perte de la vision due à la croissance de vaisseaux sanguins anormaux dans la macula. Ces vaisseaux sanguins ont tendance à être plus perméable et soumis à bleeding et une fuite de sang et de protéines à l'intérieur ou au-dessous de la rétine. Les derniers événements sont responsables des dommages irréversibles aux photorécepteurs. Développement de glaucome est en corrélation avec un endommagement des cellules ganglionnaires et de leurs axones. L'effet de ce processus conduit à ventouses de disque optique, qui peut être observée dans les images de la rétine 5. La rétinopathie diabétique est causée par une hyperglycémie qui entraîne des dommages dans les parois des vaisseaux rétiniens. Ceci peut conduire à une ischémie, la croissance de nouveaux vaisseaux sanguins et un changement dans le réseau géométrique vasculaire. En outre, la barrière hémato-rétinienne peut être soumis à une panne, provoquant la fuite des capillaires et des anévrismes 6 hyperpermeable dilatés.

Microvascularisation rétinienne montre une homologie avec les lits microvasculaires trouvés dans le cœur, les poumons et le cerveau 7. Il est établi que les maladies systémiques qui affectent la microcirculation du cerveau peuvent causer des changements parallèles dans la rétine. Artériolaire narrowing et le renforcement de la lumière artériolaire réflexe de la rétine est associée à des anomalies des vaisseaux, des lésions de la substance blanche et Lacunes qui sont causées par la maladie des petits vaisseaux cérébraux 8. Une relation significative a été découvert entre les veinules rétiniennes plus étroites, un réseau microvasculaire rétinienne altérée et l'apparition de la maladie d'Alzheimer. Il est suggéré que les cerveaux des patients ont une microvascularisation cérébrale altérée qui est également observable dans la rétine 9.

Apparaît également de plus sur la corrélation entre les changements vasculaires rétiniennes et coronaire 10,11 maladie cardiaque. Le rapport entre le diamètre des artères rétiniennes et des veines rétiniennes (A / V) a été établi pour être un proxy sensible pour refléter l'hypertension et l'athérosclérose 12. Un rétrécissement des artères et l'élargissement des veines, menant à un ratio diminué A / V, corrobore le risque d'accident vasculaire cérébral et d'infarctus du myocarde 13. L'hypertension peut causer directeischémie rétinienne et des infarctus rétiniens qui deviennent visibles sous forme de taches de laine de coton et des taches blanches rétiniennes profondes 14. Serre et Sasongko récemment résumé la littérature et ils ont conclu que l'exposition à la vie et facteurs de risque environnementaux (par exemple, l'alimentation, l'activité physique, le tabagisme et la pollution de l'air) peut induire des changements morphologiques dans le lit microvasculaire rétinienne 15. Surtout, de tels changements de la rétine ont été associés à des facteurs de risque cardiovasculaire, avant même que les manifestations cliniques des maladies 16.

Augmentation significative de l'incidence de la morbidité et de la mortalité cardio-vasculaire ont été attribués à long terme et l'exposition à court terme à des particules de la pollution atmosphérique 17,18. La recherche indique que les matières particulaires (PM), une fraction importante de la pollution de l'air, contribue au développement de maladies cardiovasculaires et induit des événements cardiovasculaires 19,20. Une altération de la fonction dele lit microvasculaire semble jouer un rôle dans les associations observées. À cet égard, une association entre l'exposition à la pollution de l'air et des artérioles rétrécissement de la rétine a été rapporté par Adar et ses collègues 21. Le calibre des artérioles de la rétine était plus étroite et le calibre des veinules était plus large parmi les 4607 participants de l'étude multi-ethnique de l'athérosclérose (MESA) qui vivaient dans les zones avec une augmentation à long et à court terme l'exposition aux PM 2,5 question (particules ≤ 2,5 um diamètre) 21. L'inflammation systémique causée par l'exposition à la pollution atmosphérique chronique peut entraîner des diamètres plus larges de veinules 22. Ceci corrobore les études qui rendent compte de l'impact du tabagisme sur le lit microvasculaire rétinienne 23. Une récente publication fait état ​​sur ​​l'association entre exposition à court terme de la pollution de l'air et des changements microvasculaires chez les adultes en bonne santé (22-63 ans) mesurées avec fond de la rétine la photographie 24. Un Increasoi dans PM (particules ≤ 10 m de diamètre) 10 et la Colombie-Britannique (noir de carbone, un sous-produit de combustion qui peut être utilisé comme un proxy pour échappement diesel liée à la circulation) a été associée à une diminution des artérioles de calibre 24,25.

Dans ce protocole vidéo scientifique, les procédures sont décrites pour recueillir fond d'œil images de l'œil, pour effectuer l'analyse d'image pour obtenir des artérioles et des vaisseaux veinulaire calibres, et de calculer centrale des artérioles rétiniennes équivalent (CRAE) et centrale de la rétine veinulaire équivalent (CRVE). Imagerie rétinienne gagne une attention accrue parce que la rétine est le seul tissu qui permet une analyse discrète de la microvascularisation et images peuvent être recueillies auprès de plus jeune âge jusqu'à l'âge de 26,27 ans. CRAE et CRVE semblent être des paramètres sensibles qui reflètent l'impact du mode de vie modifiables et facteurs de risque cardiovasculaire de la maladie de l'environnement sur la microvascularisation. Dans le manuscrit, la répétabilitéde l'analyse de la cuve est démontrée. En outre, l'applicabilité de l'analyse des microvaisseaux de la rétine dans les études épidémiologiques est représenté en résumant nos résultats obtenus dans un design à mesures répétées avec un accent sur ​​l'impact de la pollution particulaire de l'air exposition 24.

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Protocole

Le Comité d'éthique de l'Université de Hasselt et de l'Hôpital universitaire d'Anvers a approuvé les études. Les participants ont donné leur consentement éclairé à participer.

1 Configuration de l'instrument

  1. Retirer les coquilles de protection en noir de la caméra numérique de la rétine et le bloc principal de l'appareil.
  2. Ouvrez le compartiment de la batterie et placer la batterie dans l'appareil photo. Ne pas débrancher le câble reliant la batterie et l'unité principale.
  3. Vissez la caméra sur l'unité principale et connectez les deux fils. Connectez l'appareil principal pour le réseau électrique et à l'ordinateur avec le câble USB fourni.
  4. Lancer l'unité principale en commutant le bouton marche / arrêt sur "on". Démarrer l'appareil photo en passant le bouton marche / arrêt sur "on".
  5. Démarrez l'ordinateur. Cela permettra d'éviter les erreurs de connexion entre l'unité principale et l'ordinateur.

2 Capture Photo

  1. Lancer la rétine ImagiLogiciel de contrôle ng (et remplir le mot de passe requis). Le logiciel est une partie de l'appareil photo numérique de la rétine (voir le tableau des matériaux pour le lien).
  2. Lancer l'étude en cliquant sur l'icône «étude» dans la partie supérieure gauche de l'écran. Pour un nouveau patient, remplir tous les détails tels que l'ID du patient, le nom du patient, la date de naissance, etc Si le patient est déjà dans le système, remplir le "identification du patient» et utiliser la fonction "Rechercher la liste de l'histoire». Double-cliquez sur le nom du patient de commencer l'étude.
  3. Demandez au patient de prendre un siège devant la caméra, placer son / son menton sur la mentonnière et le front contre le front de repos et de "verrouiller" la tête pour prendre une photo.
  4. Demandez au patient de regarder droit dans l'objectif de la caméra. Déplacez la caméra dans le (XY) plan horizontal à l'œil droit ou gauche.
  5. Utilisez la mentonnière pour positionner la cornée du patient à l'intérieur des deux cercles qui apparaissent sur l'écran de la caméra. Peaufinezen utilisant la molette sur le joystick.
  6. Déplacez la caméra avant, en arrière, et latéralement dans le plan XY pour positionner la pupille du patient dans les cercles. Assurez-vous que l'élève forme un cercle continu. Ce faisant, l'iris du patient seront divisés en deux morceaux.
  7. Utilisez le «déclencheur de retour" sur la manette pour passer de la cornée à la rétine. A ce stade, le patient doit observer une lumière verte. Demandez au patient de regarder le feu vert.
  8. Effectuez la mise en alignant les deux lignes qui apparaissent lorsque la roue à la base de la manette est activée. Tournez la molette jusqu'à ce que les deux lignes forment une ligne continue.
  9. Utilisez le feu vert pour mettre l'œil dans la position optimale pour une photo. Si nécessaire, déplacer la lumière à l'aide des touches fléchées sur le côté droit de l'appareil. Positionner la lumière verte de façon à ce que le disque optique est centré sur l'écran de la caméra.
  10. Recherche pour 2 taches blanches qui sont apparues après SWITCHing à la rétine (étape 2.7). Pour trouver les points, déplacer l'unité dans le plan XY. Les taches sont visibles comme une tache floue. Déplacez l'appareil vers l'avant ou vers l'arrière jusqu'à ce que les taches floues se transforment en clair, des taches blanches. Le plus brillant et plus rond taches, meilleure est la qualité de l'image est. Placez les points jusqu'à ce que les deux sont visibles. Utiliser la petite roue sur la manette de commande pour amener les points au milieu de l'écran de la caméra.
  11. Confirmer que les deux lignes (2,8) de l'étape forment une ligne continue. Le disque optique est centré sur l'écran de la caméra et est flanqué de deux taches blanches, brillantes. Prendre la photo de la rétine en tirant sur le bouton sur le dessus de la manette.
  12. Enregistrez la photo en appuyant sur le bouton «Étude complète" dans le coin inférieur droit de l'écran de l'ordinateur. Fin de l'étude enregistre automatiquement les images dans une carte et fermer l'étude.

3 Analyse de la photographie de la rétine

  1. Déterminer le rapport d'échelle par AMEu cours de la distance entre le centre de la macula (fovéa) et le centre du disque optique (tache aveugle). Anatomiquement, cette distance est déterminée comme étant de 4500 um ou 2,5 fois le diamètre du disque optique, cette dernière étant d'environ 1 800 um. S'assurer que la distance est mesurée en pixels. Calculer le rapport d'échelle en divisant 4500 par la distance (en pixels) entre la macula et la tache aveugle.
  2. Ouvrez le logiciel d'analyse de vaisseaux rétiniens «IVAN».
    REMARQUE: Le logiciel est créé à l'Université du Wisconsin à Madison. Des informations détaillées sur l'utilisation de IVAN est prise dans le manuel.
  3. Remplissez le rapport d'échelle et de passer par la configuration.
  4. Vérifiez que trois anneaux jaunes apparaissent sur la photo de la rétine. Le rapport d'échelle détermine le rayon du cercle interne et entoure le disque optique. Vérifiez que le point milieu de la bague intérieure est sur le point milieu du disque optique. Si ce n'est pas le cas, ajustez laemplacement du cercle en utilisant les touches de curseur. Les rayons des cercles intermédiaire et extérieur sont 2X et 3X plus grand que le rayon du cercle interne, respectivement. De cette manière, les zones A et B sont créées à une distance fixe à partir du disque optique.
  5. Assurez-vous que l'image rétinienne a le disque optique dans le centre de la photo. Cela assure une mise au point nette de l'image dans la zone B, ce qui facilitera le processus de classement (figure 4A).
  6. Notez que le logiciel détecte automatiquement les vaisseaux sanguins et attribue ces navires comme des veinules (figure 4B).
  7. Distinguer les navires entre artérioles et veinules fondées sur des différences physiologiques. Artérioles seront indiquées en rouge et en bleu veinules (figure 4C). Utilisez les directives suivantes pour identifier chaque navire:
    1. Déterminer la couleur de la cuve. Artérioles ont une couleur rouge-orange plus léger avec une forte réflexion de la lumière centrale. Les veines ont plus sombre violetcouleur -red avec peu ou pas de réflexe de lumière central.
    2. Déterminer la route du navire. Artérioles ont tendance à être plus droit et plus lisse dans ses grandes lignes; ils sont plus réguliers à la fois le chemin et le contour. Veinules sont généralement plus tortueux, et plus un contour irrégulier et diamètre. Veinules sont plus larges de diamètre à la marge de disque que les artérioles correspondant.
    3. Identifier le récipient en regardant l'annotation de la cuve précédente. En principe, les artérioles alternent avec des veinules. Par conséquent, si une veinule distinct est mesurée, suivant le récipient est plus susceptible d'être une artériole.
    4. Définir le motif de passage. En règle générale, les artérioles ne traversent pas les artérioles et veinules ne traversent pas les veinules. Si un navire de l'identité est inconnue traverse une branche veineuse à l'intérieur ou en aval de la zone B, le navire inconnu est une artériole. Si elle traverse une branche des artérioles à l'intérieur ou en aval de la zone B, alors c'est une veinule.
    5. Identifier les petites branches en les traçant proximally à leur ramification d'un vaisseau-mère, dont l'identité peut être évident à partir des deux premières lignes directrices. Utilisez angles entre les navires de différencier les passages et les ramifications.
      REMARQUE: les passages sont souvent presque perpendiculaire (90 °) ou, si les deux navires sont coursé en parallèle, l'angle du passage à niveau peut être très faible (moins de 30 °). Ramifications sont généralement un peu moins que perpendiculaire (à l'angle entre les deux branches de 30 ° à 45 °).
    6. Sélectionnez la longueur du navire dans la zone de classement. Assurez-vous que l'écart-type du navire sélectionné ne dépasse pas la valeur de 10 écarts-types plus petites indiquent une bonne mesure.
  8. Utilisez les outils logiciels pour sélectionner les navires qui n'ont pas été sélectionnés par le logiciel lui-même. Les mêmes règles s'appliquent pour ces navires que pour les navires sélectionnés automatiquement par le logiciel.
  9. Déterminer centrale des artérioles rétiniennes et des veinules équivalent (CRAEet CRVE) automatiquement IVAN.
  10. Calculer le CRAE et CRVE de leurs navires ramification filles respectives en utilisant des formules révisées de Parr et Hubbard 28.
    NOTE: La relation entre les troncs et les branches, avec des coefficients de branchement de manière empirique, est donnée dans la suite de deux formules de rapprocher les équivalents de navires. IVAN utilise les six plus grandes artérioles et veinules de calcul CRAE et CRVE. Les formules sont appliquées dans une procédure itérative de jumeler les six plus grandes artérioles (ou veinules) jusqu'à l'obtention d'artériolaire central (ou veinules) équivalent de la cuve.
    Artérioles: figure-protocol-1 (1)
    Veinules: figure-protocol-2 (2)
    où w 1, w 2, et W sont les largeurs de la branche étroite, la branche plus large, et le tronc mère, respectivement.
    REMARQUE: Supposons that dans une photographie de la rétine les six plus grandes artérioles sont 120, 110, 100, 90, 80, et 70 m de large. Mettre 120 et 70 dans l'équation (1), ainsi que 110 et 80, 100 et 90 et après la première itération, il existe trois valeurs: 122,2, 120,0, et 118,4. Effectuer la prochaine itération en associant 122,2 et 118,4, ce qui donne 149,8. Report du nombre du milieu (120.0) à la dernière itération. Paire 149,8 et 120,0 pour donner 168,7 pour CRAE.

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Résultats

Répétabilité de CRAE et CRVE Détermination

Un panel de 61 personnes entre 22 et 56 ans et exempts de maladies cardiovasculaires cliniquement diagnostiqués a été recruté pour l'étude de la répétabilité technique et de la variabilité intra-évaluateur de centrale des artérioles rétiniennes équivalent (CRAE) et centrale de la rétine veinulaire équivalents (CRVE) déterminations. Le fond de l'oeil droit de chaque individu a été photographié deux fois dans un laps de temps de 5 min à l'aide d'une camé...

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Discussion

Analyse d'image Retina est proposé comme un outil pratique pour étudier les réponses microvasculaires dans les études épidémiologiques. Lorsque l'opérateur est expérimenté, il prend moins de 5 minutes pour prendre une photo de fond. En outre, cette procédure discrète pour la visualisation de la microcirculation peut être utilisé pour les participants de jeune âge jusqu'à la vieillesse.

La littérature est en augmentation par rapport aux associations entre les changements mor...

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Déclarations de divulgation

Les auteurs déclarent qu'ils n'ont aucun intérêt financier réels ou potentiels concurrents.

Remerciements

Les résultats concernant la réponse microvasculaire aux particules de la pollution atmosphérique sont reproduites avec la permission de Environmental Health Perspectives 24. Les données sur la qualité de météorologie et de l'air validées ont été aimablement fournies par l'Institut météorologique royal belge et l'Agence flamande de l'environnement. Le logiciel d'analyse de l'image rétinienne a été obtenu auprès du Dr. N. Ferrier (Madison School of Engineering et le fond Photo Reading Center, Département d'ophtalmologie et des sciences visuelles, Université de Wisconsin-Madison). Tijs Louwies et Eline Provost sont pris en charge grâce à une bourse VITO. Eline Provost est titulaire d'une bourse de recherche de l'aspirant du Fonds scientifique flamand. Tim S. Nawrot est titulaire d'un départ subvention du Conseil européen de la recherche.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Appareil photo rétinien non mydriatique Canon CR-2Hospithera (Bruxelles, Belgique)http://www.usa.canon.com/cusa/healthcare/products/eyecare/digital_non_mydriatic_retinal_cameras/cr_2. Toute autre caméra rétinienne avec une résolution et des spécifications comparables peut être utilisée pour l’analyse de la microvascularisation rétinienne. La compatibilité devrait  ; être vérifié avant de commencer une étude.
IVAN : LogicielCe logiciel peut être utilisé gratuitement à des fins scientifiques. Il peut être obtenu en contactant le Dr Nicola Ferrier (Madison School of Engineering et le Fundus Photograph Reading
Center, Département d’ophtalmologie et de sciences visuelles, Université du Wisconsin&ndash ; Madison). http://directory.engr.wisc.edu/me/faculty/ferrier_nicola. Téléphone : (608) 265-8793,
Télécopieur : (608) 265-2316 ou courriel : ferrier@engr.wisc.edu
de mesure de cuve

Références

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