Réactivité vasculaire rétinienne évaluée par l’angiographie de la tomographie de la cohérence optique

La demande métabolique de la rétine dépend d’un approvisionnement adéquat et constant en oxygène fourni par un système bien réglementé d’artérioles, de capillaires et de venuesles¹. Plusieurs études ont démontré que la fonction des vaisseaux rétiniens humains de plus grand calibre peut être évaluée in vivo avec divers physiologiques^2,3,4,5 et pharmacologiques^6,7 stimuli. En outre, la fonction anormale de ce système vasculaire est commune dans les maladies vasculaires rétiniennes telles que la rétinopathie diabétique où la réactivité vasculaire rétinienne (RVR) a été montré pour être atténuée même dans ses premiers stades^8,9 à la fois par provocation de gaz⁹ et des expériences de lumière vacillante^5,10,11. Les facteurs de risque vasculaires rétinaux tels que le tabagisme ont également été corrélés avec le RVR¹² altéré et le flux sanguin rétinien¹³. Ces résultats sont importants puisque les symptômes cliniques de la maladie vasculaire rétinienne se produisent relativement tard dans le processus de la maladie et les marqueurs cliniques tôt prouvés de la maladie manquent^14. Ainsi, l’évaluation de RVR peut fournir des mesures utiles de l’intégrité vasculaire pour l’évaluation tôt des anomalies qui peuvent initier ou exacerber les maladies dégénératives rétiniennes.

Les expériences précédentes de RVR se sont généralement appuyées sur des dispositifs tels qu’un débit de sang laser⁹ ou des caméras de fundus équipées de filtres spéciaux¹⁵ pour l’acquisition d’images rétinales. Cependant, ces technologies sont optimisées pour les navires de plus grand diamètre tels que les artérioles¹⁶ et les¹⁵, qui ne sont pas là où le gaz, le micronutriment et l’échange moléculaire se produisent. Une étude plus récente a été en mesure de quantifier le RVR des capillaires en utilisant l’imagerie optique adaptative¹⁷, mais en dépit de la résolution spatiale améliorée, ces images ont une plus petite taille de champ et ne sont pas approuvés par la FDA pour une utilisation clinique¹⁸.

L’avènement récent de l’angiographie de tomographie de cohérence optique (OCTA) a fourni une méthode angiographique approuvée par la FDA, non invasive et sans teinture d’évaluer les changements de niveau capillaire chez les patients humains et les sujets in vivo. OCTA est largement accepté dans la pratique clinique comme un outil efficace pour évaluer l’affaiblissement de la perfusion capillaire dans les maladies vasculaires rétiniennes telles que la rétinopathie diabétique¹⁹, occlusions veineuses rétiniennes²⁰, vasculitis²¹ et beaucoup d’autres²². OCTA fournit donc une excellente occasion pour l’évaluation des changements de niveau capillaire, qui peuvent avoir l’hétérogénéité spatiale et temporelle significative²³ ainsi que des changements pathologiques, dans un cadre clinique. Notre groupe a récemment démontré que l’OCTA peut être utilisée pour quantifier la réactivité des vaisseaux rétinaires au niveau capillaire² aux changements physiologiques de l’oxygène inspiré, qui est un stimulus vasoconstrictif rétinaire^16,24, et le dioxyde de carbone, qui est un stimulus vasodilaté rétinaire^3,5.

Le but de cet article est de décrire un protocole qui permettra au lecteur d’évaluer la réactivité vasculaire rétinienne des petits artérioles et lit capillaire à l’aide de l’OCTA. Les méthodes sont adaptées de celles présentées dans Lu et autres²⁵ qui ont décrit la mesure de la réactivité cérébrovasculaire avec la formation image de résonance magnétique. Bien que les méthodes actuelles aient été développées et utilisées lors de l’imagerie^{OCTA 2,}elles s’appliquent à d’autres dispositifs d’imagerie rétinienne avec des modifications relativement simples et évidentes.

Cette étude a été approuvée par l’University of Southern California Institutional Review Board et a adhéré aux principes de la Déclaration d’Helsinki.

1. Configuration de l’appareil de non-réfrigération du gaz

Figure 1 : Diagramme de l’appareil non respirant. La configuration complète a été divisée en trois unités distinctes en fonction de leur fonction et de la fréquence avec laquelle ils sont traités indépendamment. Il s’agit notamment de l’unité de contrôle de l’air, de l’unité de non-réfrigération et de l’unité des dispositifs de soumission/imagerie S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

1. Assemblage d’appareils
   1. Connectez le sac Douglas(figure 1, #1) à la soupape à trois voies (#3) à un port d’entrée sélectif via le tube de 35 mm de diamètre intérieur (#2; voir Tableau des matériaux)avec adaptateur (#2). Cette combinaison s’appellera « Unité de contrôle de l’air », comme le montre la figure 1.
   2. Connectez la valve bidirectionnel non respirante (#6) au connecteur d’articulation du coude (#7) au port buccale de la valve non respirante. Former la connexion à l’aide d’un tube en caoutchouc (#5) équipé d’un adaptateur (#4).
   3. Connectez l’articulation du coude au tube de livraison de gaz (#8). Cette configuration, y compris la soupape de non-rebreathing (#6), les tubes internes (#5), les adaptateurs (#4), l’articulation du coude (#7) et le tube de livraison de gaz (#8) s’appelleront l'« unité de non-rebreathing ».
      REMARQUE: Réduisez la quantité d’espace mort entre la bouche du sujet et le diaphragme de la valve bidirectionnel non respirante (#6).
   4. Connectez l’unité de contrôle de l’air au port de sortie de la soupape à trois voies (#3) à l’unité de non-réfrigération au port d’entrée de la soupape bidirectionnel sans rebre gainage (#6). Faire la connexion à l’aide de tubes en caoutchouc supplémentaires (#5) et adaptateurs (#4) comme ceux décrits plus tôt qui permettent aux morceaux d’être insérés les uns dans les autres.
   5. Sceller toutes les connexions lâches en enveloppant les joints avec du ruban adhésif pour assurer un ajustement hermétique.
   6. Connectez le tube de livraison de gaz (#8) à son extrémité ouverte à un embout buccal (#9) comme le montre l’unité des dispositifs de sujet/imagerie de la figure 1.
      REMARQUE: Cette étape (1.1.6) peut être reportée jusqu’à ce que les essais en question soient prêts à commencer (étape 3.5).
2. Préparation de l’unité de contrôle de l’air pour le gaz non-rebreathing
   1. Isolez l’unité de contrôle de l’air en la déconnectant de tout tube interne (#5) ou adaptateurs (#4) si elle n’est pas déjà séparée.
   2. Assurez-vous que le sac Douglas (#1) est vide ou vide le sac Douglas (#1) de tout air en roulant systématiquement le sac de l’extrémité distale vers le port d’entrée du sac avec la soupape à trois voies (#3) réglée à la configuration 1 comme le montre la figure 1.
   3. Remplir le sac Douglas (#1) avec le mélange de gaz approprié.
      1. Si l’on ne veut que le non-rebreathing en espace d’air, réglez la soupape à trois voies à la configuration 2 (indiquée à la figure 1) et ne remplissez pas le sac Douglas (#1). Dans le cas contraire, continuez avec les étapes qui composent l’étape 1.2.3.
      2. Connectez l’unité de contrôle de l’air (indiquée dans la figure 1) au point de sortie de la soupape à trois voies (#3) à une bouteille de gaz (contenant le mélange d’air souhaité) à l’aide des adaptateurs et des tubes appropriés. Utilisez un adaptateur de manchette pour monter un tube de remplissage de gaz de 1/8 po au diamètre externe de la soupape à trois voies (#3).
      3. Réglez l’assemblage de soupapes à trois voies à la configuration 1 (comme indiqué à la figure 1) pour permettre au gaz prévu de s’écouler du cylindre de stockage dans le sac Douglas (#1). Ouvrez la bouteille de gaz.
      4. Une fois que le sac Douglas (#1) est rempli au volume prévu (généralement à moitié rempli), fermez la prise de bouteille de gaz et définissez la soupape à trois voies à la configuration 2, qui isole le gaz dans le sac Douglas (#1). Déconnectez l’unité de contrôle de l’air de tout tuyauterie utilisé pour remplir le sac Douglas (#1).

2. Préparer le sujet de l’imagerie

1. Après le consentement du sujet à participer à l’étude, placez le sujet derrière le dispositif d’imagerie OCTA. Expliquez les procédures de test au sujet.
2. Confirmer les antécédents médicaux du sujet pour s’assurer que le sujet n’a pas d’affections médicales existantes qui augmentent le risque de participer à l’étude.
   REMARQUE: Les maladies cardiovasculaires ou pulmonaires préexistantes sont des facteurs de risque pour lesquels les sujets peuvent être exclus de la participation. Il est essentiel que le sujet comprenne qu’il peut arrêter la procédure à tout moment pour quelque raison que ce soit, comme se sentir étourdi ou un inconfort inattendu supplémentaire.
3. Déterminez l’œil à évaluer selon le protocole d’essai. Un œil seulement peut être photographié pour limiter le temps d’essai et minimiser les malaises potentiels du gaz non-rebreathing.
4. Considérez la dilatation des yeux si le sujet a une taille d’élève d’environ 2,5 mm ou moins. Bien que la dilatation ne soit pas obligatoire, elle augmente les chances d’acquérir des images de bonne qualité. Pour dilater, inculquer une goutte chacun de 0,5% proparacaine hydrochlorure solution ophtalmique, 1% solution ophtalmique tropiqueamide et 2,5% phenylephrine hydrochlorure ophtalmique solution. La dilatation complète doit se produire dans les 10-15 min.

3. Expérience de provocation au gaz et acquisition d’images

1. Créez un profil pour le patient dans la machine OCTA.
2. Portez des gants.
3. Essuyez la tête et le menton OCTA avec un écouvillonnage d’alcool pour désinfecter la configuration.
4. Libérez l’embout buccal (#9) de son emballage stérile.
   REMARQUE: S’abstenir de toucher l’embout buccal autant que possible que ce composant établit un contact direct avec la muqueuse de la bouche du sujet
5. Connectez l’embout buccal (#9) au tube de livraison de gaz (#8)
6. Placez un oxymètre d’impulsion sur le doigt des sujets et commencez à surveiller les niveaux de saturation et d’impulsion d’oxygène.
   REMARQUE: Une fois que le sujet commence à respirer le mélange d’air désiré, l’oxymètre de pouls doit être surveillé en permanence par l’examinateur. Si la saturation en oxygène du sujet tombe en dessous de 94 %, l’expérience doit être arrêtée, par mesure de précaution de sécurité, et le sujet observé jusqu’à ce qu’ils retournent à la ligne de base.
7. Ajuster la hauteur de la configuration OCTA afin que le sujet peut facilement reposer leur menton sur le menton (#11) sans surextendre ou fléchir leur cou.
8. Bouclez le tube de livraison de gaz (#8) avec l’attache de l’embout buccal (#9) par la tête et le menton reposez-vous avec l’embout buccal (#9) face au patient. Faites passer la boucle de tubes à travers la machine oppposite le côté de l’œil que le sujet est d’avoir photographié.
9. Insérez l’embout buccal dans la bouche du patient. Encouragez le sujet à pratiquer la respiration par la configuration de non-rebreathing pour créer la familiarité avec l’appareil. Assurez-vous que le sujet respire profondément pour faciliter l’échange de gaz.
10. Placez le coup de nez (#10) sur le sujet pour s’assurer qu’ils respirent par l’embout buccal.
11. Conservez la soupape à trois voies sur la configuration 2 ou changez-la en Configuration 1 selon que les images sont acquises pour l’exposition à l’air de la pièce ou à un mélange de gaz spécifique, respectivement. Pour référence future, notez l’heure comme le début de l’inhalation de gaz.
12. Demandez au sujet de placer leur menton sur la partie droite ou gauche du menton (#11) selon l’œil sélectionné pour l’imagerie.
13. Assurez-vous qu’ils bougent la tête vers l’avant jusqu’à ce que leur front soit en contact ferme avec l’appuie-tête (#11).
14. Capturez l’analyse d’intérêt de l’OCTA telle que déterminée par le protocole d’essai. Dans cette étude, trois images de 3 mm x 3 mm centrées sur le fovea ont été capturées après 1 min de respiration gazeuse.
    1. Demandez au sujet de garder la tête tournée vers l’avant et encore tout en fixant sur la cible au centre de leur vue
    2. Dans l’image en direct vue dans la vue de l’iris, centrez l’analyse.
    3. Mettre l’iris au point en déplaçant le menton à l’aide des flèches gauche-droite.
    4. Assurez-vous que la trempette foveal est centrée dans l’analyse OCT, qui devrait se produire par défaut.
    5. Prenez une image. La numérisation durera habituellement plusieurs secondes sur une machine OCTA.
    6. Afficher l’image OCTA après l’achèvement de l’analyse et s’assurer qu’il est de qualité adéquate. La puissance du signal devrait être de 7 ou mieux sur une échelle de 10 points fournie par le fabricant OCTA.
    7. Sélectionnez enregistrer ou rescan l’œil.
    8. Répétez les étapes 3.14.1-3.14.7 pour autant d’analyses désirées.
    9. Laissez le sujet s’asseoir à partir de la machine. Retirez le coup de nez (#10) et l’embout buccal (#9) lorsqu’il n’y a plus de balayages de l’œil avec ce mélange de gaz.
15. Autoriser les sujets à une pause de 2 minutes avant de commencer des expériences de provocation au gaz CO_2.
16. Remplissez le sac Douglas avec le premier mélange d’air désiré (composé de 5 % de CO_2,21 % d’oxygène et 74 % d’azote) tel que spécifié à l’étape 1.2. La soupape à trois voies sera dans la configuration 2 après cette étape.
17. Installation complète de l’appareil de non-réfrigération au gaz en connectant l’unité de contrôle aérien à l’unité de non-réfrigération, comme le montre la figure 1 et décrite à l’étape 1.1.4. Assurez-vous que toutes les articulations sont étanches à l’air avec du ruban adhésif.
18. Répétez les étapes 3.9-3.14, mais réglez maintenant la soupape à trois voies à la configuration 1 lorsqu’elle est dirigée dans l’étape 3.11.
19. Donnez aux sujets une pause de 10 minutes après la provocation au gaz CO₂ pour permettre un retour à la ligne de base.
20. Pendant que le sujet est en pause, remplissez le sac Douglas avec 100% O₂ selon l’étape 1.2.
21. Répétez les étapes 3.17-3.18 pour effectuer l’expérience dans des conditions de provocation au gaz 100% O_2.

4. Nettoyage expérimental

1. Jetez les éléments jetables de la configuration : l’embout buccal du sujet (#9) et le clip de nez (#10).
2. Nettoyer le repose-tête et le menton (#11) à l’aide d’un écouvillonnage d’alcool. Essuyez la chaise en question, la table OCTA et les poignées OCTA avec une lingette désinfectante pour enlever toute salive errante.
3. Déconnectez la configuration dans ses composants de base , l’unité de contrôle de l’air et l’unité de non-réfrigération, à la soupape à trois voies (#3).
4. Comme aucun air expiré du sujet n’aurait dû atteindre les éléments de l’unité de contrôle de l’air, videz le sac Douglas selon l’étape 1.2.2 et placez-le dans un endroit pour une récupération future. Déconnectez le tube propre (#2) avec adaptateur (#2MD) et la soupape à trois voies (#3) du sac Douglas si désiré pour un rangement plus facile. Cela complète le nettoyage de l’unité de contrôle de l’air.
5. Retirez le tube de livraison de gaz (#8) de l’unité de non-réfrigération en la déconnectant de l’articulation du coude (#7). Déconnectez les adaptateurs de tubes en caoutchouc (#5) et de tubes (#4), de la soupape bidirectionnel non respirante (#6). Ensuite, faites la même chose de l’articulation du coude (#7) en enlevant le ruban adhésif et en détachant les pièces en les démontant.
   REMARQUE: Un nettoyage plus complet de la valve bidirectionnelle sans rebreathing peut être facilité en la démontant pour enlever les diaphragmes internes pour des soins supplémentaires.
6. Préparer un bain désinfectant pour le nettoyage des composants réutilisables
   1. Remplissez un contenant suffisamment grand pour submerger le tube de livraison de gaz (#8) avec un désinfectant détergent bien dilué et bien mélangé. Dans ce cas, diluer le détergent avec de l’eau à un rapport de 1:64²⁵.
7. Faire tremper le tube de livraison de gaz (#8), la soupape bidirectionnel non rébreau (#6), l’articulation du coude (#7), les tubes en caoutchouc (#5) et les adaptateurs de tubes (#4) dans le bain désinfectant préparé pendant au moins 10 minutes.
8. Retirer toutes les parties après la fin du bain et les rincer soigneusement avec de l’eau.
9. Placez-les sur un essuie-tout sur un comptoir propre pour être séchés à l’air.
10. Une fois le séchage à l’air terminé, disposer du papier absorbant et placer tous les composants à l’extérieur pour le stockage.

5. OCTA Data Export and Analysis

1. Exportation de données OCTA
   1. Exporter des données OCTA en insérant un dispositif multimédia amovible de choix dans l’ordinateur OCTA. Trouvez le sujet et l’analyse d’intérêt.
   2. Sélectionnez Export pour créer un dossier zip contenant les données du sujet d’intérêt dans un format .bmp sur l’appareil multimédia amovible.
2. Analyse des données de l’OCTA
   1. Organisez les données OCTA sur un ordinateur de laboratoire avec la possibilité d’effectuer des analyses et un traitement d’image supplémentaires.
   2. Utilisez un script personnalisé pour supprimer le bruit avec une technique globale de seuil et effectuer l’extraction de fonctionnalités supplémentaires. Binarize et squeletter les images OCTA.
   3. Sur les images post-traitées, calculer la densité squelette du navire (VSD)^19,26, une mesure sans dimension de la longueur linéaire totale des navires dans une image calculée par l’équation suivante effectuée sur une image squelettée binarisée de l’OCTA :
      
      où i et j se réfèrent à la coordonnées pixels (i,j), L_(i,j) se réfère à des pixels blancs représentant la décoration, X_(i,j) se réfère à tous les pixels, et n se réfère aux dimensions de la gamme de pixels, qui peut être supposé être n x x n pixels^19,26. Le dénominateur de cette équation représente le nombre total de pixels qui est calculé comme écrit à partir de l’image squelettée, mais peut être considéré comme représentant la zone physique de l’image entière.

La sortie de cette expérience se compose des lectures manuelles prises à partir de l’oxymètre d’impulsion, le moment noté pour l’exposition au gaz ou la numérisation d’OCTA et les données brutes d’imagerie OCTA. Une image OCTA se compose des balayages B de l’OCT et du signal de décoration associé à chaque balayage B. Les paramètres de données sont donnés par les spécifications de l’appareil. Une plate-forme laser à source balayée OCTA machine avec une longueur d’onde centrale de 1040-1060 nm a été utilisé. Les images fournissent une résolution transversale de 20 m et une résolution axial optique de 6,3 m. Le plus souvent, les données de l’OCTA sont présentées dans un format 2D enface tel qu’il a été indiqué dans la figure 2représentative . De nombreuses mesures existent pour quantifier ces données d’une manière qui permet des comparaisons entre les sujets et entre les différentes conditions. Une mesure représentative, la densité de squelette de navire (VSD), est montrée avec des angiographies rétinienne complètes dans la figure 2. Comme les capillaires vasoconstrict et vasodilater en réponse à l’exposition au gaz, la densité capillaire change également. On s’attend à ce que les conditions hypercapniques se traduisent par une augmentation des conditions de VSD et les conditions hyperoxiques devraient se traduire par une diminution de VSD par rapport aux conditions d’air de la chambre.

Figure 2 : Résultats représentatifs de la densité squelettique (VSD) du navire dans des conditions hyperoxiques, de l’air de pièce et hypercapniques. Ce graphique montre les angiographies OCTA de 3 mm x 3 mm et les résultats de densité de navire d’un sujet féminin en bonne santé de 76 ans. La rangée 1 montre un seul relectoral horizontal OCT B-scan à travers le fovea avec le signal de décoration au-dessus de l’épithélium pigmentaire rétinien représenté par le rouge pour chacune des conditions de provocation de respiration de gaz -100% O2, air de pièce et 5% DE CO2 respectivement. La deuxième rangée se compose d’une seule image enface OCTA construite à partir de 256 OCTA B-scans, dont l’un est montré dans la rangée 1. La rangée 3 se compose de ces mêmes images octO de la rangée 2 après le post-traitement dans lesquelles les navires ont été binarisés et squelettés. La ligne 4 se compose d’une carte thermique montrant VSD calculé localement à partir des images de la rangée 3. Notez que le VSD total et le nombre relatif de points chauds VSD locaux augmente au fur et à mesure que l’on progresse dans les colonnes de gauche à droite. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Carl Zeiss Meditec a fourni des subventions, de l’équipement et un soutien financier à L’AHK liés au sujet de cet article.