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Artigo de método

Retinografia colorida como uma ferramenta conveniente para estudar as respostas microvasculares a doenças cardiovasculares Fatores de Risco em estudos epidemiológicos

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DOI:

10.3791/51904

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22 de outubro 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

Neste artigo

Resumo

Análise de imagem da retina é um processo discreto para a visualização da microcirculação. O impacto dos fatores de risco para doença cardiovascular podem resultar em mudanças de calibres dos vasos da retina. Os procedimentos para a aquisição de imagens de fundo de olho e os passos para o cálculo do navio calibres são descritos.

Resumo

A microcirculação é composta por vasos sanguíneos com diâmetro inferior a 150 m. Faz-se uma grande parte do sistema circulatório e desempenha um papel importante na manutenção da saúde cardiovascular. A retina é um tecido que reveste o interior do olho e que é o único tecido que permite uma análise não invasiva da microvasculatura. Hoje em dia, as imagens de fundo de olho de alta qualidade podem ser adquiridos por meio de câmeras digitais. Imagens da retina podem ser recolhidos em 5 minutos ou menos, mesmo sem dilatação das pupilas. Este procedimento discreto e rápido para a visualização da microcirculação é atraente para aplicar em estudos epidemiológicos e para monitorar a saúde cardiovascular de idade se cedo para a velhice.

Doenças sistêmicas que afetam a circulação pode resultar em alterações morfológicas progressivas na vasculatura retiniana. Por exemplo, alterações nos calibres dos vasos das artérias e veias da retina têm sido associados com a hipertensão, atheroesclerose, e aumento do risco de acidente vascular cerebral e infarto do miocárdio. As larguras dos vasos são derivados utilizando o software de análise de imagens e a largura dos seis maiores artérias e veias são resumidos na central da retina arteriolar Equivalente (CRAE) e o equivalente central da retina venular (CRVE). Os últimos recursos têm-se mostrado útil para estudar o impacto do estilo de vida modificáveis ​​e fatores de risco para doenças cardiovasculares ambientais.

Os procedimentos para a aquisição de imagens de fundo de olho e as etapas de análise para obter CRAE e CRVE são descritos. Os coeficientes de variação das medidas repetidas de CRAE e CRVE são menos de 2% e dentro de avaliadores confiabilidade é muito alto. Usando um estudo de painel, a resposta rápida dos calibres dos vasos da retina a mudanças de curto prazo na poluição do ar por partículas, um conhecido fator de risco para mortalidade e morbidade cardiovascular, é relatado. Em conclusão, a imagem da retina é proposto como uma ferramenta conveniente e instrumental para studie epidemiológicas para estudar as respostas microvasculares a fatores de risco para doenças cardiovasculares.

Introdução

A microcirculação é composta por vasos sanguíneos com diâmetro inferior a 150 fim e inclui artérias menores de resistência, arteríolas, capilares e vênulas. Estes navios fazem-se uma grande parte do sistema circulatório e desempenham um papel importante na manutenção da saúde cardiovascular. O diâmetro do vaso de 150 um é um fisiológico e um limite físico. As propriedades reológicas dos vasos com um diâmetro inferior a 150 um diferem das grandes artérias. Além disso, a maior parte das alterações da resistência de auto-regulação ocorrer a jusante de 150 um em leitos vasculares que exibem auto-regulação do fluxo sanguíneo 1. A microcirculação tem duas importantes funções. A função principal é fornecer células com oxigênio e substratos metabólicos, a fim de atender à demanda dos tecidos e para drenar os resíduos e dióxido de carbono. Alterações no número de navios taxas e os padrões de fluxo microvascular reduz a área de superfície de câmbio efectiva e pode LEAd para perfusão tecidual abaixo do ideal e um fracasso para atender à demanda metabólica 2. Além disso, a pressão hidrostática cai dentro do leito vascular, e da microcirculação desempenha um papel na regulação da resistência periférica total 3.

A retina é um tecido em camadas que revestem o interior do olho. A sua função principal é a de converter a luz de entrada num sinal neuronal que é adicionalmente propagada para o córtex visual para o processamento de informações visuais. A função da retina é a ver o mundo exterior e todas as estruturas oculares envolvidas neste processo são opticamente transparentes. Isso faz com que o tecido da retina acessível para imagem não invasiva da microvasculatura 4. Imagem da retina está a ser utilizado para a identificação de doenças do olho. Por exemplo, uma forma avançada de degeneração macular pode conduzir a perda de visão devido a um crescimento anormal dos vasos sanguíneos para a mácula. Estes vasos sanguíneos tendem a ser mais permeáveis ​​e sujeitos à sangrandog e o extravasamento do sangue e proteínas dentro ou abaixo da retina. Os últimos eventos são responsáveis ​​pela lesão irreversível dos fotorreceptores. Desenvolvimento do glaucoma se correlaciona com uma danificação de células ganglionares e seus axónios. O efeito deste processo conduz a escavação do disco óptico, que pode ser observado em imagens da retina 5. A retinopatia diabética é causada pela hiperglicemia, que leva a danos nas paredes dos vasos da retina. Isto pode resultar em isquemia, o crescimento de novos vasos sanguíneos e uma mudança na geometria da rede vascular. Além disso, a barreira hemato-retiniana pode estar sujeito a decomposição, fazendo com que o vazamento dos capilares e aneurismas 6 hiperpermeável dilatados.

Microvasculatura retiniana mostra homologia com os leitos microvasculares encontradas no coração, pulmões, cérebro e 7. Fica estabelecido que as doenças sistêmicas que afetam a microcirculação do cérebro pode causar alterações paralelas na retina. Arteriolar narrowing e reforçada luz arteriolar reflexo da retina está associado a anormalidades nos vasos, lesões de substância branca e lacunoso que são causadas por doença dos pequenos vasos cerebral 8. Uma relação significativa foi descoberta entre mais estreitos vênulas retinianas, uma rede microvascular da retina alterada ea ocorrência de doença de Alzheimer. Sugere-se que os cérebros de pacientes têm um microvasculatura cerebral alterado que também é observável na retina 9.

As evidências também está aumentando sobre a correlação entre as alterações vasculares da retina e 10,11 doença coronária. A relação entre o diâmetro das artérias e das veias da retina da retina (A / V) tem sido demonstrado ser sensível a um proxy reflecte a hipertensão e aterosclerose 12. Um estreitamento das artérias e alargamento das veias, levando a uma relação de A / V diminuiu, corrobora risco de acidente vascular cerebral e infarto do miocárdio 13. A hipertensão pode causar directaisquemia da retina e infartos retinianos que se tornam visíveis como manchas de algodão e profundas da retina manchas brancas 14. Serre e Sasongko resumiu recentemente a literatura e concluíram que a exposição ao estilo de vida e fatores de risco ambientais (por exemplo, dieta, atividade física, tabagismo e poluição do ar) pode induzir alterações morfológicas no leito microvascular da retina 15. É importante notar que estas alterações na retina tem sido associado com factores de risco cardiovasculares, mesmo antes que as manifestações clínicas de doenças 16.

Aumentos significativos na incidência de morbidade e mortalidade cardiovascular têm sido atribuídas a longo e exposições de curto prazo às partículas de poluição do ar 17,18. A pesquisa indica que a matéria particulada (PM), uma fracção importante de poluição do ar, contribui para o desenvolvimento de doenças cardiovasculares e induz eventos cardiovasculares 19,20. Um comprometimento da função deo leito microvascular é pensado para ter um papel nas associações observadas. A este respeito, uma associação entre a exposição à poluição do ar e estreitamento arteriolar na retina tem sido relatada por Adar e colegas 21. O calibre arteriolar da retina foi mais estreito e calibre venular foi maior entre os 4.607 participantes do Estudo Multi-Étnico da Aterosclerose (MESA) que viviam em áreas de exposição aumentou de longo e de curto prazo para PM importa 2,5 (partículas ≤ 2,5 um em diâmetro) 21. Inflamação sistêmica causada pela exposição à poluição do ar crônica pode resultar em diâmetros venulares mais amplas 22. Isto corrobora os estudos que relatam o impacto do tabagismo sobre a cama microvascular da retina 23. Um recente relatório de publicação sobre a associação entre exposição à poluição do ar de curto prazo e alterações microvasculares em adultos saudáveis ​​(22-63 anos de idade) medidos com retinografia colorida da retina 24. Um aumense no PM (partículas ≤ 10 m de diâmetro) 10 e BC (o carbono negro, um subproduto da combustão que pode ser usado como um substituto para o diesel escape relacionada com o tráfego) foi associado com uma diminuição no calibre arteriolar 24,25.

Neste protocolo de vídeo científico, os procedimentos são descritos para coletar imagens fundo do olho, para realizar a análise de imagem para obter arteríolas e vasos venular calibres, e para calcular Central Retinal arteriolar equivalente (CRAE) e Central Retinal venulares equivalente (CRVE). Imagem da retina está ganhando cada vez mais atenção, porque a retina é o único tecido que permite uma análise discreta da microcirculação e as imagens podem ser coletadas a partir de tenra idade até a velhice 26,27. CRAE e CRVE parecem ser parâmetros sensíveis que refletem o impacto do estilo de vida modificáveis ​​e fatores de risco para doenças cardiovasculares ambientais sobre a microcirculação. No manuscrito, a repetibilidadeda análise de vasos é demonstrada. Além disso, a aplicabilidade da análise microcirculação retiniana em estudos epidemiológicos é mostrado por resumir nossos resultados obtidos em um projeto de medidas repetidas com um foco sobre o impacto das partículas de poluição do ar 24.

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Protocolo

O Conselho de Ética da Universidade de Hasselt e Hospital Universitário de Antuérpia aprovou os estudos. Os participantes deram o seu consentimento informado por escrito para participar.

1 Configuração do Instrumento

  1. Remover os escudos de protecção preto a partir da câmara digital e da retina do bloco principal do aparelho.
  2. Abra o compartimento da bateria e coloque a bateria na câmera. Não desligue o cabo de ligação da bateria e da unidade principal.
  3. Parafuso a câmera na unidade principal e ligar os dois fios. Ligue a unidade principal para a rede elétrica e ao computador com o cabo USB fornecido.
  4. Inicie a unidade principal, alternando o botão on / off para "on". Comece a câmera, alternando o botão on / off para "on".
  5. Inicie o computador. Isso irá evitar erros de conexão entre a unidade principal eo computador.

2. Capturing Photograph

  1. Inicie o Retinal ImagiSoftware de Controle ng (e preencha a senha necessária). O software é uma parte da câmara digital de retina (ver tabela materiais de ligação).
  2. Inicie o estudo, clicando no ícone "Study" na parte superior esquerda da tela. Para um novo paciente, preencher todos os detalhes, tais como identificação do paciente, nome do paciente, data de nascimento, etc Se o paciente já está no sistema, preencher o "ID do paciente" e usar o "Pesquisar lista história". Dê um duplo clique sobre o nome do paciente para iniciar o estudo.
  3. Peça ao paciente para ter um assento diante da câmera, coloque o seu / o queixo sobre o resto do queixo e testa contra o resto testa e "travar" a cabeça para tirar uma fotografia.
  4. Peça ao paciente para olhar diretamente para a lente da câmera. Mova a câmera na (XY) plano horizontal para o olho direito ou esquerdo.
  5. Use o resto do queixo para posicionar a córnea do paciente dentro dos dois círculos que aparecem no visor da câmera. Afinarusando a roda no joystick.
  6. Mova a câmera para a frente, para trás e para os lados no plano XY, a fim de posicionar a pupila do paciente dentro dos círculos. Certifique-se que o aluno forma um círculo contínuo. Ao fazê-lo, a íris do doente vai ser dividido em duas partes.
  7. Use o "gatilho de volta" no joystick para alternar entre a córnea à retina. Nesta fase, o paciente deve observar uma luz verde. Peça ao paciente para olhar para a luz verde.
  8. Foque a câmara, alinhando as duas linhas que aparecem quando a roda na base do joystick é girado. Gire o volante até que as duas linhas formam uma linha contínua.
  9. Use a luz verde para colocar o olho na posição ideal para uma fotografia. Se necessário, mova a luz usando os botões de seta no lado direito da câmera. Posicionar a luz verde de uma forma que o disco óptico é centrado no visor da câmera.
  10. Pesquisar por duas manchas brancas que apareceram após switching a retina (no passo 2.7). Para encontrar os pontos, mova o aparelho no plano XY. As manchas são visíveis como uma mancha desfocada. Mova a unidade para a frente ou para trás até que as manchas borradas transformar em luminosos, manchas brancas. Quanto mais brilhante e mais redondo os pontos, melhor a qualidade da imagem é. Posicione os pontos até que ambos são visíveis. Use a roda pouco no joystick para trazer os pontos para o meio do visor da câmera.
  11. Confirmar que as duas linhas (a partir do passo 2.8) formar uma linha contínua. O disco óptico é centralizado no visor da câmera e é ladeado por dois brilhantes, manchas brancas. Tire a fotografia da retina por disparar o botão na parte superior do joystick.
  12. Salve a fotografia pressionando o botão "estudo completo" no canto inferior direito da tela do computador. Completando o estudo irá automaticamente salvar as fotos em um mapa e fechar o estudo.

3 Análise de fotografia da retina

  1. Determinar a proporção de escala por measurante a distância entre o centro da mácula (fóvea) e o centro do disco óptico (ponto cego). Anatomicamente esta distância é determinada como sendo de 4,500 m ou 2,5x o diâmetro do disco óptico, sendo esta última cerca de 1,800 ^ m. Verifique se a distância é medida em pixels. Calcule a proporção de escala, dividindo 4500 por a distância (em pixels) entre a mácula e ponto cego.
  2. Abra o software de análise de vasos da retina "IVAN".
    NOTA: O software é criado na Universidade de Wisconsin em Madison. Informações detalhadas sobre o uso de IVAN é retirado do manual.
  3. Preencha a proporção de escala e prossiga até a configuração.
  4. Verifique se três anéis amarelos aparecem na fotografia da retina. A proporção de escala determina o raio do círculo interior e inclui o disco óptico. Verificar que o ponto médio do anel interior está ligado ao ponto médio do disco óptico. Se este não for o caso, ajuste olocalização do círculo usando as teclas do cursor. Os raios dos círculos média e externa são 2x e 3x maior do que o raio do círculo, respectivamente. Deste modo, as zonas A e B são criadas a uma distância fixa a partir do disco óptico.
  5. Verificar que a imagem da retina tem o disco óptico no centro da fotografia. Isto assegura uma focagem nítida da imagem na zona B e isso vai facilitar o processo de classificação (Figura 4A).
  6. Observe que o software detecta automaticamente os vasos sanguíneos e atribui esses vasos como vênulas (Figura 4B).
  7. Distinguir os navios entre arteríolas e vênulas com base nas diferenças fisiológicas. Arteríolas será indicado em vermelho e em azul vênulas (Figura 4C). Use as seguintes diretrizes para identificar cada embarcação:
    1. Determinar a cor do navio. As arteríolas têm uma cor vermelho-alaranjada mais leve, com uma luz forte reflexão central. Veias têm mais escuro roxocor -red com pouca ou nenhuma luz reflexo central.
    2. Determinar o rumo do navio. Arteríolas tendem a ser mais reto e mais suave em linhas gerais; eles são mais regulares, tanto caminho e contorno. Vénulas são geralmente mais tortuoso, e mais irregular no contorno e diâmetro. Vênulas são mais amplos de diâmetro na margem do disco do que as arteríolas correspondentes.
    3. Identificar o navio, olhando para a anotação do navio anterior. Em princípio, arteríolas alternam com vênulas. Portanto, se uma vénula distinta é medido, o próximo recipiente é mais provável que seja uma arteríola.
    4. Definir o padrão cruzado. Como regra geral, arteríolas não atravessar arteríolas e vênulas não atravesse vênulas. Se um navio de identidade desconhecida atravessa um ramo venoso dentro ou distal à Zona B, o navio desconhecido é uma arteríola. Se ele cruza um ramo arteriolar dentro ou distal à Zona B, então é uma vênula.
    5. Identificar galhos menores, traçando-los proximaisy a sua ramificação de um vaso-mãe, a identidade do qual pode ser evidente a partir das primeiras duas orientações. Use ângulos entre navios para diferenciar cruzamentos e ramificações.
      NOTA: Cruzamentos são frequentemente quase perpendicular (90 °), ou, se os dois vasos estão correndo em paralelo, o ângulo de cruzamento pode ser muito superficial (menor que 30 °). Ramificações são geralmente um pouco menos do que perpendicularmente (com o ângulo entre os dois ramos a partir de 30 ° a 45 °).
    6. Escolha o comprimento do navio na zona de classificação. Certifique-se de que o desvio padrão do navio seleccionado não exceda o valor de 10. menores desvios padrões indicam uma boa medição.
  8. Utilize as ferramentas de software para selecionar vasos que não foram selecionados pelo próprio software. As mesmas regras se aplicam para essas embarcações como para os vasos selecionados automaticamente pelo software.
  9. Determine Central Retinal arteriolar e venular equivalente (CRAEe CRVE) automaticamente em IVAN.
  10. Calcule o CRAE e CRVE de suas respectivas embarcações filha ramificação usando fórmulas revistas de Parr e Hubbard 28.
    NOTA: A relação entre troncos e galhos, com coeficientes de ramificação derivados empiricamente, é dado na seguinte duas fórmulas para aproximar equivalentes dos vasos. IVAN usa os seis maiores arteríolas e vênulas para o cálculo CRAE e CRVE. As fórmulas são aplicadas em um processo iterativo para emparelhar-se as seis maiores arteríolas (ou vênulas) até o arteriolar central (ou venular) navio equivalente é obtido.
    Arteríolas: figure-protocol-1 (1)
    Vênulas: figure-protocol-2 (2)
    em que w 1, w 2, e W é a largura mais estreita do ramo, o ramo mais amplo, e o tronco principal, respectivamente.
    NOTA: Assuma that em uma fotografia da retina os seis maiores arteríolas são 120, 110, 100, 90, 80, e 70 um de largura. Coloque 120 e 70 na equação (1), assim como 110 e 80, 100 e 90 e depois a primeira iteração existem três valores: 122,2, 120,0, e 118,4. Realize a próxima iteração, emparelhando 122,2 e 118,4, produzindo 149,8. Marcar o número do meio (120,0) para a iteração final. Par 149,8 e 120,0 para produzir 168,7 para CRAE.

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Resultados

Repetibilidade de CRAE e CRVE Determinação

Um painel de 61 indivíduos entre 22-56 anos de idade e livre de doenças cardiovasculares clinicamente diagnosticados foi recrutado para o estudo de repetibilidade técnica e variabilidade intra-avaliador da Central Retinal arteriolar equivalente (CRAE) e Central Retinal venulares equivalentes (CRVE) determinações. O fundo do olho direito de cada indivíduo foi fotografado duas vezes dentro de um período de tempo de 5 minutos usando uma câmara de retina <...

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Discussão

Análise de imagem da retina é proposto como uma ferramenta conveniente para estudar as respostas microvasculares em estudos epidemiológicos. Quando o operador é experiente, leva menos de 5 minutos para tirar uma foto de fundo de olho. Além disso, esse procedimento discreto para visualizar a microcirculação pode ser usado para participantes de idade mais cedo para a velhice.

Literatura é cada vez maior em relação às associações entre as alterações morfológicas na vasculatura da retina (...

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Divulgações

Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes reais ou potenciais.

Agradecimentos

Os resultados sobre a resposta microvascular à poluição ambiental particulada são reproduzidas com a permissão da Environmental Health Perspectives 24. Os dados meteorológicos e de qualidade do ar validados foram gentilmente cedidas pelo Instituto Meteorológico belga Real e da Agência Ambiental Flamengo. O software de análise de imagem da retina foi obtido de Dr. N. Ferrier (Madison Escola de Engenharia e da fotografia Fundus Reading Center, Departamento de Oftalmologia e Ciências Visuais da Universidade de Wisconsin-Madison). Tijs Louwies e Eline Provost são apoiados com uma bolsa VITO. Eline Provost detém uma bolsa de pesquisa aspirante do Fundo Científico Flamengo. Tim S. Nawrot é titular de uma concessão de partida Conselho Europeu de Investigação.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Câmera de retina não midriática Canon CR-2Hospithera (Bruxelas, Bélgica)http://www.usa.canon.com/cusa/healthcare/products/eyecare/digital_non_mydriatic_retinal_cameras/cr_2. Qualquer outra câmera de retina com resolução e especificações comparáveis pode ser usada para a análise da microvasculatura da retina. A compatibilidade deve  ser verificado antes de iniciar um estudo.
IVAN: SoftwareEste software pode ser usado gratuitamente para fins científicos. Ele pode ser obtido entrando em contato com o Dr. Nicola Ferrier (Madison School of Engineering e Fundus Photograph Reading
Center, Departamento de Oftalmologia e Ciências Visuais, Universidade de Wisconsin– Madison). http://directory.engr.wisc.edu/me/faculty/ferrier_nicola. Telefone: (608) 265-8793,
Fax: (608) 265-2316 ou e-mail: ferrier@engr.wisc.edu
 
de Medição de Vasos

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