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Articolo metodologico

Fundus Fotografia come un comodo strumento per studiare le risposte microvascolari a malattie cardiovascolari Fattori di rischio in studi epidemiologici

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DOI:

10.3791/51904

⸱

22 ottobre 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

In questo articolo

Sommario

Analisi di immagine retinica è una procedura discreto per la visualizzazione del microcircolo. L'impatto dei fattori di rischio di malattia cardiovascolare può portare a cambiamenti di calibro dei vasi retinici. Le procedure per acquisire le immagini del fondo oculare e la procedura per il calcolo della nave calibri sono descritti.

Abstract

La microcircolazione è costituito da vasi con diametro inferiore a 150 micron. Esso costituisce gran parte del sistema circolatorio e svolge un ruolo importante nel mantenimento della salute cardiovascolare. La retina è un tessuto che riveste l'interno dell'occhio ed è l'unico tessuto che permette una analisi non invasiva del microcircolo. Al giorno d'oggi, le immagini del fundus di alta qualità possono essere acquisite con fotocamere digitali. Immagini retiniche possono essere raccolti in 5 minuti o meno, anche senza dilatazione delle pupille. Questa procedura non invadente e veloce per la visualizzazione del microcircolo è attraente da applicare in studi epidemiologici e per monitorare la salute cardiovascolare da tenera età fino alla vecchiaia.

Malattie sistemiche che colpiscono la circolazione può portare a cambiamenti morfologici progressivi nel sistema vascolare della retina. Ad esempio, cambiamenti nei calibri dei vasi delle arterie e delle vene retiniche sono stati associati con ipertensione, atherosclerosi, e aumento del rischio di ictus e infarto del miocardio. Le larghezze delle navi siano derivati ​​dall'uso di software di analisi delle immagini e la larghezza delle sei maggiori arterie e le vene sono riassunti nella Central Retinal arteriolare Equivalente (CRAE) e l'equivalente Central Retinal venulare (CRVE). Le ultime caratteristiche hanno dimostrato utile per studiare l'impatto dello stile di vita modificabili e fattori di rischio di malattia cardiovascolare ambientali.

Le procedure per acquisire le immagini del fondo oculare e le fasi di analisi per ottenere CRAE e CRVE sono descritti. Coefficienti di variazione di misure ripetute di CRAE e CRVE sono meno del 2% ed entro-rater affidabilità è molto alta. Utilizzando uno studio panel, la rapida risposta dei calibri dei vasi retinici di modifiche a breve termine particolato atmosferico, un noto fattore di rischio per mortalità e morbilità cardiovascolare, viene segnalato. In conclusione, l'imaging della retina si propone come uno strumento comodo e strumentale per Studi epidemiologicis per studiare le risposte microvascolari a fattori di rischio di malattia cardiovascolare.

Introduzione

La microcircolazione è costituito da vasi con diametro inferiore a 150 micron e comprende piccole arterie di resistenza, arteriole, capillari, venule e. Questi vasi costituiscono una grande parte del sistema circolatorio e svolgono un ruolo importante nel mantenimento della salute cardiovascolare. Il diametro del vaso di 150 micron è una fisiologica e un limite fisico. Le proprietà reologiche dei vasi con un diametro inferiore a 150 micron differiscono dalle grandi arterie. Inoltre, la maggior parte delle variazioni di resistenza di autoregolazione si verificano a valle di 150 micron di letti vascolari espositrici sangue flusso autoregolazione 1. Il microcircolo ha due funzioni importanti. La funzione primaria è quella di fornire cellule con l'ossigeno e substrati metabolici al fine di soddisfare la domanda dei tessuti e per drenare i prodotti di scarto e anidride carbonica. Alterazioni nel numero di navi di scambio e gli schemi di flusso microvascolare riduce la superficie di scambio efficace e possono LEAd per perfusione tissutale ottimale e un fallimento per soddisfare la domanda metabolica 2. Inoltre, la pressione idrostatica scende all'interno del letto vascolare e la microcircolazione svolge un ruolo nella regolazione della resistenza periferica totale 3.

La retina è un tessuto a strati fodera l'interno dell'occhio. La sua funzione principale è quella di convertire la luce in ingresso in un segnale neurale che è ulteriormente propagato alla corteccia visiva per l'elaborazione di informazioni visive. La funzione della retina è vedere il mondo esterno e tutte le strutture oculari coinvolte in questo processo sono otticamente trasparente. Questo rende il tessuto retinico accessibile per l'imaging non invasiva del microcircolo 4. Imaging della retina viene utilizzato per identificare le malattie degli occhi. Ad esempio, una forma avanzata di degenerazione maculare può portare alla perdita della vista a causa della crescita anormale dei vasi sanguigni nella macula. Questi vasi sanguigni tendono ad essere più permeabili e soggetti a bleedinge fuoriuscita di sangue e proteine ​​all'interno o al di sotto della retina. Questi ultimi eventi sono responsabili per i danni irreversibili ai fotorecettori. Sviluppo di glaucoma correla con un danneggiamento delle cellule gangliari e dei loro assoni. L'effetto di questo processo porta alla coppa del disco ottico, che può essere osservata nelle immagini retiniche 5. La retinopatia diabetica è causata da iperglicemia che porta a danneggiare le pareti dei vasi retinici. Ciò può causare ischemia, la crescita di nuovi vasi sanguigni e un cambiamento nella rete geometrica vascolare. Inoltre, la barriera emato-retinica può essere soggetto a rottura, causando perdite di capillari dilatati e hyperpermeable aneurismi 6.

Microcircolo della retina mostra omologia con i letti microvascolari presenti nel cuore, i polmoni e il cervello 7. Si è stabilito che le malattie sistemiche che colpiscono la microcircolazione del cervello può causare cambiamenti paralleli nella retina. Arteriolare narrowing e una maggiore luce arteriolare riflesso della retina è associato con anomalie dei vasi, lesioni della sostanza bianca e lacunes che sono causati da malattia cerebrale piccolo vascello 8. Una relazione significativa è stata scoperta tra stretti venule retiniche, una rete microvascolare retina alterata e l'insorgenza della malattia di Alzheimer. Si suggerisce che il cervello di pazienti hanno un microcircolo cerebrale alterata che è anche osservabile nella retina 9.

La prova è in aumento anche in merito alla correlazione tra cambiamenti vascolari retiniche e coronarica 10,11 malattie cardiache. Il rapporto tra il diametro delle arterie retiniche e delle vene retiniche (A / V) ha dimostrato di essere un proxy sensibile per riflettere ipertensione e aterosclerosi 12. Un restringimento delle arterie e allargamento delle vene, portando ad un rapporto A / V diminuito, corrobora il rischio di ictus e infarto del miocardio 13. L'ipertensione può causare direttoischemia retinica e infarti retiniche che diventano visibili come macule e profondi della retina macchie bianche 14. Serre e Sasongko recentemente riassunti della letteratura e hanno concluso che l'esposizione a stile di vita e fattori di rischio ambientale (ad esempio, la dieta, l'attività fisica, il fumo e inquinamento atmosferico) può indurre cambiamenti morfologici del letto microvascolare retina 15. È importante sottolineare che tali alterazioni retiniche sono stati associati con fattori di rischio cardiovascolare, anche prima che le manifestazioni cliniche delle malattie 16.

Aumenti significativi nell'incidenza di morbilità e mortalità cardiovascolare sono stati attribuiti e lungo e le esposizioni a breve termine al particolato atmosferico 17,18. La ricerca indica che il particolato (PM), una importante frazione di inquinamento dell'aria, contribuisce allo sviluppo di malattie cardiovascolari e induce eventi cardiovascolari 19,20. Una perdita di valore della funzione diil letto microvascolare è pensato di svolgere un ruolo nelle associazioni osservate. A questo proposito, un'associazione tra l'esposizione all'inquinamento atmosferico e restringimento arteriolare nella retina è stato segnalato da Adar e colleghi 21. Il calibro arteriolare retinico era stretto e calibro venulare era più largo tra i 4607 partecipanti del Multi-Ethnic Study of Atherosclerosis (MESA) che vivevano in zone con una maggiore esposizione a breve e lungo termine per la materia PM 2,5 (particolato ≤ 2,5 micron di diametro) 21. Infiammazione sistemica causata da esposizione cronica all'inquinamento atmosferico può causare più ampi diametri venulari 22. Questo avvalora gli studi che riportano l'impatto del fumo sul letto microvascolare retina 23. Un recente report di pubblicazione sulla associazione tra esposizione a breve termine all'inquinamento atmosferico e cambiamenti microvascolari in adulti sani (22-63 anni di età), misurati con fundus retinico fotografia 24. Un IncreaSE in PM (particolato ≤ 10 micron di diametro), 10 e BC (nero di carbonio, una combustione sottoprodotto che può essere utilizzato come proxy per il gas di scarico diesel legati al traffico) è stato associato con una diminuzione in arteriolare calibro 24,25.

In questo protocollo video scientifico, le procedure sono descritte per raccogliere le immagini del fundus dell'occhio, effettuare analisi delle immagini per ottenere arteriolare e venulare calibri dei vasi, e per calcolare Central Retinal arteriolare Equivalente (CRAE) e centrale della retina venulare Equivalente (CRVE). Imaging della retina sta guadagnando una maggiore attenzione perché la retina è l'unico tessuto che permette l'analisi discreta del microcircolo e immagini possono essere raccolti dalla più tenera età fino alla vecchiaia 26,27. CRAE e CRVE sembrano essere i parametri sensibili che riflettono l'impatto dello stile di vita modificabili e ambientali fattori di rischio cardiovascolare sul microcircolo. Nel manoscritto, la ripetibilitàdel vaso di analisi è dimostrata. Inoltre, l'applicabilità dell'analisi microcircolo retinico in studi epidemiologici è indicato riassumendo i nostri risultati ottenuti in un design-misure ripetute con una particolare attenzione per l'impatto del particolato atmosferico di esposizione 24.

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Protocollo

Il Consiglio di etica della Hasselt University e University Hospital Antwerp approvato gli studi. I partecipanti hanno dato il loro consenso informato scritto per partecipare.

1 Configurazione strumento

  1. Rimuovere le coperture di protezione nere dalla fotocamera digitale retina e il blocco principale del dispositivo.
  2. Aprire il vano batterie e inserire la batteria nella fotocamera. Non scollegare il cavo di collegamento della batteria e l'unità principale.
  3. Avvitare la telecamera sull'unità principale e collegare i due fili. Collegare l'unità principale alla rete elettrica e al computer con il cavo USB in dotazione.
  4. Avviare l'unità principale attivando il pulsante on / off su "on". Avviare la fotocamera attivando il pulsante on / off su "on".
  5. Avviare il computer. Questo consentirà di evitare errori di collegamento tra l'unità principale e il computer.

2 Acquisizione di foto

  1. Avviare la retina ImagiSoftware di controllo ng (e inserire la password richiesta). Il software è una parte della fotocamera digitale della retina (vedi tabella materiali per i link).
  2. Inizia lo studio facendo clic sull'icona "Studio" nella parte superiore sinistra dello schermo. Per un nuovo paziente, compilare tutti i dettagli, come ID del paziente, nome del paziente, data di nascita, ecc Se il paziente è già presente nel sistema, compilare il "ID paziente" e utilizzare "Cerca elenco cronologico". Fare doppio clic sul nome del paziente per iniziare lo studio.
  3. Chiedere al paziente di prendere posto davanti alla cinepresa, posizionare la / il mento sulla mentoniera e la fronte contro il resto fronte e "bloccare" la testa di prendere una fotografia.
  4. Chiedere al paziente di guardare dritto nell'obiettivo della telecamera. Spostare la telecamera nella (XY) piano orizzontale per l'occhio destro o sinistro.
  5. Utilizzare la mentoniera per posizionare la cornea del paziente all'interno dei due cerchi che compaiono sul display della fotocamera. Fine-tuneutilizzando la rotella sul joystick.
  6. Spostare la fotocamera in avanti, indietro e lateralmente nel piano XY in modo da posizionare la pupilla del paziente all'interno dei circoli. Assicurarsi che l'alunno forma un cerchio continuo. In questo modo, l'iride del paziente saranno divisi in due pezzi.
  7. Utilizzare il "grilletto" sul joystick per passare dalla cornea alla retina. In questa fase, il paziente deve osservare una luce verde. Chiedere al paziente di guardare la luce verde.
  8. Mettere a fuoco la fotocamera allineando le due linee che compaiono quando la ruota alla base del joystick sia acceso. Girare la ruota fino a quando le due linee formano una linea continua.
  9. Utilizzare la luce verde per posizionare l'occhio nella posizione ottimale per una fotografia. Se necessario, spostare la luce utilizzando i tasti freccia sul lato destro della fotocamera. Posizionare la luce verde in modo che il disco ottico sia centrato sul display della fotocamera.
  10. Cerca per 2 macchie bianche che sembravano dopo switching alla retina (nel passo 2.7). Per trovare i punti, spostare l'unità nel piano XY. Le macchie sono visibili come una macchia sfocata. Spostare l'unità in avanti o indietro fino a quando le macchie sfocate diventano luminosi, macchie bianche. Il brillante e rotondo le macchie, migliore è la qualità dell'immagine è. Posizionare i punti fino a quando entrambi sono visibili. Usare la rotella sul joystick per portare i punti al centro del display della fotocamera.
  11. Verificare che le due linee (dal punto 2.8) formano una linea continua. Il disco ottico è centrato sul display della fotocamera ed è fiancheggiato da due luminosi, macchie bianche. Prendete la fotografia retinica sparando il pulsante sulla parte superiore del joystick.
  12. Salvare la foto premendo il pulsante "studio completo" nell'angolo in basso a destra dello schermo del computer. Completamento dello studio salverà automaticamente le immagini in una mappa e chiudere lo studio.

3 Analisi di Fotografia della retina

  1. Determinare il rapporto di scala da measurante la distanza tra il centro della macula (fovea) e il centro del disco ottico (punto cieco). Anatomicamente questa distanza è determinata per essere 4.500 micron o 2,5 volte il diametro del disco ottico, con quest'ultimo essendo circa 1.800 micron. Assicurarsi che la distanza è misurata in pixel. Calcolare il rapporto di scala dividendo 4.500 per la distanza (in pixel) tra la macula e il punto cieco.
  2. Aprire il software di analisi dei vasi della retina "IVAN".
    NOTA: Il software è stato creato presso l'Università del Wisconsin a Madison. Informazioni dettagliate sull'uso di IVAN è presa dal manuale.
  3. Compilare il rapporto di scala e procedere con la configurazione.
  4. Verificare che i tre anelli gialli appaiono sulla fotografia retinica. Il rapporto di scala determina il raggio del cerchio interno e racchiude la papilla. Verificare che il punto centrale dell'anello interno è sul punto di mezzo del disco ottico. Se questo non è il caso, regolare laposizione del cerchio utilizzando i tasti cursore. I raggi dei cerchi media ed esterna sono 2x e 3x maggiore del raggio del cerchio interno, rispettivamente. In questo modo, le zone A e B vengono creati ad una distanza fissa dal disco ottico.
  5. Verificare che l'immagine retinica ha il disco ottico nel centro della fotografia. Questo assicura un forte fuoco dell'immagine nella zona B e questo faciliterà il processo di classificazione (Figura 4A).
  6. Si osservi che il software rileva automaticamente i vasi sanguigni e assegna questi vasi come venule (Figura 4B).
  7. Distinguere i vasi tra arteriole e venule basati su differenze fisiologiche. Arteriole saranno indicati in rosso e venule in blu (Figura 4C). Utilizzare le seguenti linee guida per identificare ogni nave:
    1. Determinare il colore del vaso. Arteriole hanno un colore rosso-arancio più chiaro con una forte riflessione della luce centrale. Le vene hanno più scuro violacolore -Red con poco o nessun riflesso di luce centrale.
    2. Determinare la rotta della nave. Arteriole tendono ad essere dritta e liscia a grandi linee; sono più regolari sia percorso e contorno. Venule sono generalmente più tortuoso, e più irregolare nei contorni e diametro. Venule sono più ampi di diametro al margine del disco rispetto alle arteriole corrispondenti.
    3. Identificare la nave, cercando in l'annotazione della nave precedente. In linea di principio, arteriole si alternano con venule. Pertanto, se un venule distinta viene misurata, la prossima nave è più probabile che sia un arteriola.
    4. Definire il modello di attraversamento. Come regola generale, arteriole non attraversano arteriole e venule non attraversano venule. Se una nave di identità sconosciuta attraversa un ramo venoso all'interno o distale alla zona B, poi la nave sconosciuta è un arteriola. Se si attraversa un ramo arteriolare all'interno o distale alla zona B, allora è una venule.
    5. Identificare i rami più piccoli da loro tracciando proximally per la loro ramificazione da una nave madre, la cui identità può essere evidente dalle prime due linee guida. Utilizzare angoli tra navi a differenziare incroci e diramazioni.
      NOTA: partenze sono spesso quasi perpendicolare (90 °) o, se i due vasi sono scorrevano in parallelo, l'angolo di incrocio può essere molto bassa (inferiore a 30 °). Ramificazioni sono di solito un po 'meno perpendicolare (con l'angolo tra i due rami da 30 ° a 45 °).
    6. Selezionare la lunghezza della nave nella zona di classificazione. Assicurarsi che la deviazione standard della nave selezionata non superi il valore di 10. piccole deviazioni standard indicano una buona misura.
  8. Utilizzare gli strumenti software per selezionare le navi che non sono stati selezionati dal software stesso. Le stesse regole si applicano per queste navi, come per le navi selezionate automaticamente dal software.
  9. Determinare Central Retinal arteriolare e venulare equivalente (CRAEe CRVE) automaticamente IVAN.
  10. Calcolare il CRAE e CRVE dai rispettivi pescherecci ramificazione figlia utilizzando formule rivedute della Parr e Hubbard 28.
    NOTA: Il rapporto tra tronchi e rami, con coefficienti di ramificazione empiricamente derivati, è dato in due seguenti formule per approssimare equivalenti navi. IVAN utilizza i sei più grandi arteriole e venule per il calcolo CRAE e CRVE. Le formule sono applicate in una procedura iterativa per abbinare i sei più grandi (arteriole o venule) fino ad ottenere il vaso arteriolare centrale (o venulare) equivalente.
    Arteriole: figure-protocol-1 (1)
    Venule: figure-protocol-2 (2)
    dove w 1, w 2, e W sono le ampiezze del ramo più stretto, il ramo più ampio, e il tronco principale, rispettivamente.
    NOTA: Assumere that in una fotografia della retina le sei più grandi arteriole sono 120, 110, 100, 90, 80, e 70 micron di larghezza. Mettere 120 e 70 nell'equazione (1), nonché 110 e 80, 100 e 90 Dopo la prima iterazione ci sono tre valori: 122,2, 120,0, 118,4 e. Eseguire la successiva iterazione accoppiando 122,2 e 118,4, ottenendo 149,8. Riporto il numero medio (120.0) per l'iterazione finale. Coppia 149.8 e 120.0 a 168.7 resa per CRAE.

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Risultati

Ripetibilità di CRAE e CRVE Determinazione

Un gruppo di 61 persone tra 22-56 anni e privi di malattie cardiovascolari clinicamente diagnosticati è stato reclutato per lo studio tecnico e la ripetibilità intra-rater variabilità di Central Retinal arteriolare Equivalente (CRAE) e centrale della retina venulare equivalenti (CRVE) determinazioni. Il fondo del occhio destro di ogni individuo è stato fotografato due volte entro un periodo di tempo di 5 minuti con una macchina fotografica della retina...

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Discussione

Analisi delle immagini Retina si propone come uno strumento utile per lo studio delle risposte microvascolari in studi epidemiologici. Quando l'operatore è vissuto, ci vogliono meno di 5 minuti per scattare una foto fundus. Inoltre, questa procedura non invadente per la visualizzazione del microcircolo può essere utilizzato per i partecipanti provenienti da tenera età fino alla vecchiaia.

La letteratura è in aumento rispetto alle associazioni tra i cambiamenti morfologici nel siste...

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Dichiarazioni

Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari effettivi o potenziali concorrenti.

Ringraziamenti

I risultati sulla risposta microvascolare al particolato atmosferico sono riprodotte con l'autorizzazione di Environmental Health Perspectives 24. I dati meteorologici e di qualità dell'aria convalidati sono stati gentilmente forniti da The Royal Meteorological Institute belga e l'Agenzia per l'ambiente fiammingo. Il software di analisi dell'immagine retinica è stato ottenuto da Dr. N. Ferrier (Madison Facoltà di Ingegneria e del Fundus Photograph Reading Center, Dipartimento di Oftalmologia e Scienze Visive, Università del Wisconsin-Madison). Tijs Louwies e Eline Provost sono supportati con una borsa di studio VITO. Eline Provost detiene una ricerca comunione aspirante del Fondo Scientifico fiammingo. Tim S. Nawrot è titolare di una borsa di studio iniziale del Consiglio europeo della ricerca.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Fotocamera retinica non midriatica Canon CR-2 Hospithera (Bruxelles, Belgio)http://www.usa.canon.com/cusa/healthcare/products/eyecare/digital_non_mydriatic_retinal_cameras/cr_2. Per l'analisi della microvascolarizzazione retinica è possibile utilizzare qualsiasi altra telecamera retinica con risoluzione e specifiche comparabili. La compatibilità dovrebbe  essere controllato prima di iniziare uno studio.
IVAN: SoftwareQuesto software può essere utilizzato gratuitamente per scopi scientifici. Può essere ottenuto contattando il Dr. Nicola Ferrier (Madison School of Engineering e il Fundus Photograph Reading
Center, Dipartimento di Oftalmologia e Scienze Visive dell'Università del Wisconsin... Madison). http://directory.engr.wisc.edu/me/faculty/ferrier_nicola. Telefono: (608) 265-8793,
Fax: (608) 265-2316 o e-mail: ferrier@engr.wisc.edu
 
di misurazione delle navi

Riferimenti

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