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Medicine

살아있는 인간의 눈의 압력 상승에 섬유주 응답

Published: June 20, 2015 doi: 10.3791/52611
Automatic Translation
1,2, 2, 1, 1,2, 1, 1,2,3, 1,4, 1,2,3
1Department of Ophthalmology, UPMC Eye Center, Eye and Ear Institute, Ophthalmology and Visual Science Research Center, University of Pittsburgh School of Medicine, 2Department of Bioengineering, Swanson School of Engineering, University of Pittsburgh, 3The McGowan Institute for Regenerative Medicine, University of Pittsburgh School of Medicine, 4Deptartment of Biostatistics, Graduate School of Public Health, University of Pittsburgh

Summary

Schlemm의 운하 공간으로 섬유주 (TM) 마이그레이션 ophthalmodynamometer에 의해 급성 압력 상승에 의해 유도 및 스펙트럼 영역 빛 간섭 단층 촬영으로 관찰 할 수있다. 이 방법의 목적은 현장에서 조직 생활에 심각한 압력 상승에 살고 유출 관의 형태 계측 학적 반응을 정량화하는 것입니다.

Abstract

섬유주 (TM)의 기계적 특성을 유출 저항과 안압 조절에 연결되어 있습니다. 이 기술 뒤에 근거는 급성 안압 상승에 TM의 기계적 응답의 직접 관찰이다. 스캔하기 전에, 안압은베이스 라인에서와 안압 상승하는 동안 측정한다. 윤부는베이스 라인에서 안압 상승 중 스펙트럼 영역 빛 간섭 단층 촬영으로 스캔 (ophthalmodynamometer (ODM)는 30g의 힘에 적용). 검사는 ImageJ에를 사용하여 방수 유출 경로의 시각화를 향상시키기 위해 처리됩니다. 혈관 랜드 마크는베이스 라인과 안압 상승 스캔 볼륨에 해당하는 위치를 식별하는 데 사용됩니다. Schlemm 운하 (SC)의 단면적 (SC-CSA)하고 장축을 따라 전치부에서 SC 길이 SC의 1mm 세그먼트 내의 열 위치에서 수동으로 측정된다. 외벽의 거리 (단경)는 내측으로 나눈 SC의 면적으로서 산출 의미 그장경. 효과 안압 상승에 인접한 조직의 기여를 검사하려면, 측정없이 tropicamide의 점안과 평활근 이완을 반복한다. SC에 TM 마이그레이션 TM 강성으로 저항하지만, 모양체 내에서 인접 평활근에 첨부 파일의 지원에 의해 강화된다. 이 기술은 인간의 눈 내 생리 학적 조건하에 동일계 내 압력 상승에 살아있는 인간 TM 응답을 측정하는 제이다.

Introduction

녹내장은 돌이킬 수없는 실명 1의 세계에서 두 번째 주요 원인이다. 상승 된 안압 (IOP)을 녹내장 2-7의 존재 및 진행에 대한 주요 원인 위험 인자이다.   안압은 방수 (8)의 형성과 유출의 균형에 의해 조절된다. 큰 유출 저항의 위치가 조직과 juxtacanicular Schlemm 운하 (SC)의 내벽, SC 및 섬유주 (TM) 9-11 사이의 인터페이스이다. TM 강성은 안압 상승의 얼굴에 SC 붕괴의 방지에 기여할 수 있지만, 오버 비 등. (12)는 최근에 안압 상승으로 이어지는, 모공의 형성을 방해, 증가 SC 내피 보강의 결과, 녹내장의 유전자 발현이 변경되는 것을 증명 녹내장 (13). TM의 형태와 강성 T을 강조, 유출 시설 14, 15와 상관 관계그는 그것의 생체 역학적 특성을 측정 할 필요가있다.

TM의 원자 힘 현미경 측정은 녹내장 (4.0 kPa의) (16)없이 기증자로부터 눈에 비해 녹내장 환자 (81 kPa의) 기증 눈에 높은 강성을 보여 주지만, 이러한 측정은 해부 생체 조직에서 만들어졌다. 후방 TM은 외부 lamellated과 cribiform TM (17)에 삽입 길이 근육 세포의 전방 힘줄을 통해 모양체 근육에 고정된다. 모양체 근육 (CM) 활동이 높은 TM 강성 (17)을 흉내 낸, TM의 팽팽함을 증가시킬 수있다. 평활근의 섭동에 의한 SC 붕괴에 저항의 변화를 관찰 할 수있는 능력을 동물 모델 (18)에 도시되었다. 우리는 비 침습적 영상에 능력을 원위부 인간의 눈을 살고 스펙트럼 영역 빛 간섭 단층 촬영 (OCT를) 사용하여 SC 등의 기본 방수 유출 시스템을 증명하고있다 <SUP> 19-21. 이 기술을 사용하여, 우리는 급성 IOP 상승 22 TM 및 SC의 형태 학적 반응을 정량화하는 능력을 보여 주었다.

본원에 기재된 방법의 전반적인 목적은 현장에서 살아있는 조직에서 급성 IOP 상승에 살고 유출 관의 형태 학적 반응을 정량화 하였다. 이 기술은 해부 조직 이루어진 출판 측정치와 비교하여, TM 강성에 TM과 CM 내의 두 수축성 섬유 활성의 기여를 포함 생리적 조건 하에서 TM을 조사하는 이점을 갖는다. 기계 TM 응답의 관찰에이 기술을 적용 뒤에 이론적 근거는 우리가 지금 유출 저항과 안압 조절 (13)에 직접 연결되는 알고 TM의 기계적인 행동에 대한 그렇지 않으면 사용할 수없는 통찰력으로 우리를 제공하는 것입니다. 전체 강성, 작은 코호에 수축성 조직의 기여를 식별하려면주제 RT는없이 tropicamide의 투여에 의한 부드러운 근육 활동의 억제와 함께 조사 하였다.

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Protocol

윤리 문 : 대상 모집이 시작되기 전에 승인은 의학의 피츠버그 학교의 대학의 임상 시험 심사위원회로부터 얻은 것입니다. 제공되는 모든 피험자는 연구에 참여하기 전에 동의를 정보를 작성합니다.

1. 데이터 수집

  1. 압력 상승
    1. 눈에 0.5 % proparacaine 한 방울을 주입하여베이스 라인 측정 (안압과 10월 측정을) 가져 가라. 효능에 대한 3 분을 기다립니다.
    2. 부드럽게 ophthalmodynamometer, 코호트 1 30 g을 5 시간 공막에 압​​력을 적용하고 다음과 같이 코호트 (2) 10 g을 다음 원하는 (안압 및 10월) 측정을 수행
      1. 안압 측정
        1. 기준 안압을 측정합니다. 1.1 절에 설명 된대로 압력을 상승.
        2. 코호트 1에서 0.5 % proparacaine 한 방울을 심어 효능 3 분을 허용하고, 공막에 압​​력 30g을 적용합니다. 압력이 적용되는 동안, 안압 안압계 다음 manufa의를 사용하여 측정cturer의 지시.
        3. 코호트 2 년, 0.5 % proparacaine 한 방울을 심어 효능 3 분을 허용하고, ophthalmodynamometer를 사용하여 공막 압력 5g을 적용합니다. 안압계 다음과 같은 제조업체의 지침을 사용하여 압력 상승시 안압을 측정합니다.
          1. 5g 측정 후 5 분을 기다립니다.
          2. ophthalmodynamometer에 의해 공막 압력 10​​g을 적용하고, 제조업체의 지침에 따라 안압계를 이용하여 압력 상승시 안압을 측정한다. 연구 레코드의 안압과 상태 (즉, 기준 또는 10 g)을 기록한다.
      2. 10월 스캐닝
        1. OCT를 스캐너에 따라 좌석. 새로운 주제에 대한 환자의 인구 통계 학적 데이터를 입력, 또는 이전에 스캔 한 주제에 대한 OCT를 데이터베이스에서 인구 통계 학적 데이터를 기억합니다.
        2. 전 안부 512 X 128 스캔 프로토콜을 선택합니다. 영상 창에서 감시 센터입니다. 스캐너 사이의 거리를 감소눈은 각막 단면 이미지 검색 창에 나타날 때까지
        3. 구두 명령을 사용하면 코 방향으로 환자의 시선을 유도하여 검색 창 중앙에 시간 윤부 위치
        4. 기준 검사 획득 및 품질에 대한 검사를 검토합니다. 허용되는 경우, 저장하고 허용하지 않을 경우,이 단계를 반복합니다.
          1. 아무 깜박없고, 각도 화상의 에지의 떨어져 표류 또는 상단 내리고 않고도 음량 통하여 가시화되면 스캔을 수락.
        5. , 0.5 % proparacaine 한 방울을 심어 효능 3 분을 허용하고, 1.3.5을 통해 단계 1.3.2를 반복합니다.
        6. 코호트 1 들어 ophthalmodynamometer 의해 공막 압 30g을 적용하고 압력이인가되는 동안 주사를 획득. 압력을 제거하고 품질 검사를 검토합니다. 허용되는 경우, 저장하고 허용하지 않을 경우,이 단계를 반복합니다.
        7. 코호트 2의 경우, ophthalmodynamom에 의해 공막 압력 5g을 적용압력이인가되는 동안 라 미터 및 스캔을 획득. 압력을 제거하고 품질 검사를 검토합니다. 허용되는 경우, 저장하고 허용하지 않을 경우,이 단계를 반복합니다.
        8. 눈 5g 압력 섭동 복구 할 수 있도록 5 분을 기다립니다.
        9. 코호트 2 들어 ophthalmodynamometer 의해 공막 압 10g을 적용하고 압력이인가되는 동안 주사를 획득. 압력을 제거하고 품질 검사를 검토합니다. 허용되는 경우, 저장하고 허용하지 않을 경우,이 단계를 반복합니다.
        10. 연구 레코드의 스캔 시간, 상태 (즉, 기준 또는 10 g) 및 위치를 기록합니다.

2. 데이터 처리

  1. OCT에 USB 대용량 저장 장치를 플러그. OCT에 레코드 메뉴에서 "내보내기"를 선택합니다. USB 드라이브 보낸 파일의 파일 위치를 지정한다. ".ZIP"옵션의 선택을 취소합니다. SC에 대한 환자의 이름을 입력ANS는 수출 및 검사를 내보낼 수 있음을 선택합니다. 수출을 시작합니다.
  2. 내보내기가 완료되면 USB 드라이브를 마운트 해제하고 OCT에서 제거합니다. 화상 처리 스테이션으로 보낸 이미지를 포함하는 고용량 USB 드라이브 플러그.
  3. 이 경우에 ImageJ에 화상 처리 프로그램을 실행.
  4. RAW 이미지 데이터를 가져 오기; 선택 "파일 -> 가져 오기 -> 원시"파일 메뉴에서. "_cube_raw.img"로 끝나는 USB 드라이브에서 처리 할 수있는 파일을 선택합니다.
  5. 원 화상 데이터가 변경되지 않고 저장되도록 새 이름을 사용하여 임포트 된 파일을 저장 (http://www.ori.dhhs.gov/education/products/RIandImages).
  6. 8 비트, 폭 : 512, 높이 : 1,024, 오프셋 : 이미지의 유형은 다음과 같이 가져 오기 매개 변수를 입력 0; 이미지 수 : 128.
  7. 플러그인 메뉴에서 "> StackReg - -> 연구의 egistration 플러그인"을 선택합니다. 그리고 "강체를 선택"옵션을 선택합니다. 정렬 된 스택을 저장 후 "> TIFF - -> 다른 이름으로 저장 파일"을 선택합니다.
  8. 선택 "프로세스 -> 필터 -> 3D 평균"프로세스 메뉴에서. 필터 옵션에 따라 매개 변수 X = 1, Y = 1, 및 Z = 1을 입력합니다. 두 번이 단계를 반복합니다.
  9. 평균 스택을 저장 "> TIFF - -> 다른 이름으로 저장 파일"을 선택합니다. 활성 스택의 프레임 1로 이동 마우스 휠 스핀.
  10. "프로세스 -> 로컬 대비 (CLAHE) 강화"를 선택하여 처리 메뉴에서합니다. (31), 히스토그램 빈 : 256, 최대 경사 : 5, 마스크 : 매개 변수 블록 크기를 사용 없음을하​​고 "빠른"옵션을 선택합니다. 다음 프레임으로 사전에 오른쪽 화살표 키를 사용합니다.
  11. 지역 대비 (CLAHE)을 강화> 활성 스택의 프레임 2로 이동하고 프로세스 -를 반복합니다. 모든 프레임 대비 강화했다 때까지 반복합니다.
  12. 선택 "파일 -> 다른 이름으로 저장 -> TIFF"; 조영 증강 스택을 저장합니다. 그런 다음 선택 "이미지 -> 조정 -> 크기"이미지 메뉴에서. "화면 비율을 제한합니다"옵션의 선택을 취소 한 다음 너비를 입력 : 2,048과 높이를 : 1,024 값을.
  13. 선택 "이미지 -> 변환 -> 수직 뒤집기"이미지 메뉴에서. 분석 메뉴에서 - 그런 다음 "> 설정 규모 분석"을 선택합니다. 일을하고 확인을 클릭합니다 : 2,048, 알려진 거리 : 4,000, 및 픽셀 종횡비를 픽셀 단위로 거리를 입력합니다. 1 화면 비율 스택 : 교정 1을 저장합니다 "> TIFF - -> 다른 이름으로 저장 파일"을 선택합니다.
  14. 육안 검사 내의 기준점 역할을 독특한 용기 교차를 식별 검사를 검사 천천히 마우스 휠 스핀. 분석 스프레드 시트의 이미지 번호와 참조 프레임 번호를 기록한다.
  15. 첫 번째 측정 프레임으로 이동 왼쪽 화살표 키를 15 번 누릅니다. "자유형 SelectionsR를 선택(21); 도구 모음에서 도구입니다.
  16. SC의 중심에 마우스를 놓고 위쪽 화살표를 누릅니다. SC가 화면을 채울 때까지이 단계를 반복합니다.
  17. 마우스로 경계를 돌고 수동 세그먼트 사우스 캐롤라이나. 현재 이미지 프레임에 대한 제어 (CTRL) 키를 누른 D를 잡습니다. Ctrl 키를 누른 상태에서 M을 누릅니다 분석 스프레드 시트 SC 단면적 및 측정 프레임 수의 측정을 스크립트 작성. 요약 영역의 선택을 취소합니다. 3 번 키 오른쪽 화살표를 누릅니다. SC는 10 프레임으로 측정 될 때까지이 단계를 반복합니다.
  18. 첫 번째 측정 프레임으로 돌아가려면 왼쪽 화살표 키를 30 번 누릅니다.
  19. 도구 모음에서 직선 세그먼트 도구를 선택합니다.
  20. SC의 앞쪽에 가장 후방에 가장 위치에서 직선을 그립니다. 만 현재의 프레임에 대한 제어 키를 누른 D를 잡습니다. 분석 스프레드 시트 컨트롤 키를 누른 엠 스크립트 작성 SC 길이와 프레임 번호를 잡습니다. 요약 영역의 선택을 취소합니다. 오른쪽 화살표 키를 누르십시오3 번. SC 길이 SC 단면적과 동일한 10 프레임으로 측정 될 때까지이 단계를 반복합니다.
  21. 길이 측정에 의해 면적 측정을 나누어 외부 벽의 거리 (SC-IOWD)에 평균 SC 내측 벽을 계산하기 위해 분석 스프레드 시트로 식 SC-IOWD = SC-CSA / 축 방향 길이를 삽입한다.
  22. 첫 번째 측정 프레임으로 돌아가려면 왼쪽 화살표 키를 30 번 누릅니다.
  23. 도구 모음에서 직선 세그먼트 도구를 선택합니다.
  24. 직선을 그립니다 앞쪽에 가장 섬유주와 전방의 경계에 SC의. 선이 경계에 수직 있는지 확인하십시오. Ctrl 키를 누른 다음를 누릅니다 D를, 엠 잡아
  25. (SC)의 후방 가장 위치와 TM의 경계와 전방에서 선을 그립니다. 경계에 수직 그 라인을 확인합니다. 제어하고 D를 눌러, 엠 잡아
  26. SC의 중심과 TM의 경계와 전방에서 선을 그립니다. 린 있는지 확인경계에 수직 전자. 만 현재의 프레임에 대한 제어 키를 누른 D를 잡습니다.
  27. 스프레드 시트 분석 세 TM 두께 측정 및 프레임 번호 속기. 이 보도 3 번 키 오른쪽 화살표를 수행합니다. TM 두께 SC 단면적과 동일한 10 프레임으로 측정 될 때까지이 단계를 반복합니다.

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Representative Results

이러한 데이터 수집 및 영상 분석 기술들을 사용하여, 예컨대 SC 단면적 같은 유출 관 형태 학적 파라미터에 IOP에 크고 작은 변화의 영향 (도 1)가 얻어진다. 우리는 단면적의 큰 감소로 대표되는 IOP 증가 높은 수준, SC의 관찰 붕괴를 생성 할 것을 알 수있다. 눈은 SC-CSA 변화의 부재 (도 1)에 의해 입증되는 바와 같이, IOP의 작은 증가를 수용 할 수있을 것으로 보인다. 이 결과는이 기술이 급성 IOP 도전로 유출 관의 형태 학적 반응을 정량화 할 수있는 것을 보여준다. 기술이나 기법의 다른 가족은 유출 요로 생체 역학에 대한 두 시각 및 정량적 정보를 제공하지 않습니다.

연구를 통해, TM의 두께에는 큰 변화가 관찰되지 않았다. 23 mmHg의 IOP 증가에 응답하여, 외벽 거리 내측 SC가 5.03 μm의 감소 하였다. Without 평활근 활성의 억제와 함께, IOP의 6 mmHg의 증가는 외벽 거리 내측 SC는 각각 0.18 ㎛ 내지 2.34 ㎛ 인으로 감소시킨다. 또한, 기본 SC-CSA는 평활근 활동 억제와 3588 ± 1198 μm의 2 (평균 ± 표준 편차)에 4597 ± 2503 μm의 2에서 떨어졌다. 함께, 외측 lamellated cribiform 및 TM (17) 내로 삽입 모양체 근육으로부터 전방 힘줄의 삽입으로, 이는 평활근을 포함하는 SC 개방성을 유지하기 위해 제어 시스템을 의미한다. 또한 연구 만했다된다.

그림 1
그림 1. 살아있는 눈에 안압 대 Schlemm의 운하 지역. Schlemm의 운하 (SC) 과목의 두 코호트에서 단면적이 제공됩니다. 나는 오류 막대는 현재 1 표준 오차Y 축상의 ntraocular X 축상의 압력 (IOP), 및 SC 영역.

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Discussion

본 기술은 SC 붕괴를 정량화하는 연부 조직의 기계적 응답의 비 침습적 관찰을 활용합니다. 인간의 시체의 눈을 사용하여 미래의 작업은 절개 후 조직의 처짐을 실제 조직 강성을 보정 할 필요가있다. 그러나, 이러한 연구는 이전 유출 모델의 동일한 제한을 겪을 것이다; 특히, 조직 장력에 살고있는 근육의 기여는 존재하지 않습니다. 살아있는 포유류의 눈 모델에 추가 교정은 이미징 및 TM의 강성의 직접 측정의 보정을 허용 할 수있다.

기술에 대한 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 그것은 또 다른 10월 플랫폼에서 입증되어야한다. 문학은 같은 구조, 다른 10월 장치에서 아직 인간의 눈에서 증명해야하는 해당 장치에 급성 안압 상승과 관련된 변화에 그러나 감도를 가시화 될 수 있음을 시사한다. 추가 광학 장치가 없기 때문에 본 장치는 편리 성에서 사용전 안부 검사에 필요합니다. 이 작품의 가장 큰 문제는 스캔 내에서 SC의 식별이다. 그것은 명확히 단일 슬라이스 내의 SC를 식별하는 것은 불가능하다. 볼륨 심문 먼저 조직 함유 SC의 영역을 찾는 것이 요구된다. 그 ID는 다음 슬라이스 슬라이스를 표시 SC의 다양한 세그먼트의 컬렉터 채널 오스티의 관찰 및 상호 연결에 의해 확인된다. 우리의 경험에 의하면, 사우스 캐롤라이나 콜렉터 채널 소공 근처에 하나의 큰 구멍에 병합, 또는 완전 폐쇄의 끼 섹션을 축소 할 수 있습니다 윤부 내 0-4 구멍 사이으로 발표 할 예정이다.

이 돌파구 기술의 가장 큰 의미는 현장에서 TM 강성의 평가를위한 다른 옵션이 없다는 것입니다. TM의 형태 및 강성 유출 경로의 생체 역학적 특성을 측정 할 필요성을 강조 유출율 14,15과 상관. 향후,이러한 측정은 녹내장의 관리에서 현재 사용할 수없는 통찰력을 제공 할 수있다.

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Disclosures

박사 슈만은 자이스 사에 매사 추세 츠 공과 대학과 매사추세츠 눈과 귀 의무실에 의해 허가 지적 재산권에 대한 로열티를받은

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Spectral Domain OCT Zeiss Cirrus
Imaging Workstation Apple iMac
Ophthalmodynamometer Baillairt Matalene Ophthalmodynamometer, Surgical instruments CO., Inc. New York, NY
Image Processing Program rsb.info.nih.gov/ij ImageJ, FIJI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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의학 문제 (100) 빛 간섭 단층 촬영 섬유주 역학 안압 규정 방수 유출
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Kagemann, L., Wang, B., Wollstein,… More

Kagemann, L., Wang, B., Wollstein, G., Ishikawa, H., Mentley, B., Sigal, I., Bilonick, R. A., Schuman, J. S. Trabecular Meshwork Response to Pressure Elevation in the Living Human Eye. J. Vis. Exp. (100), e52611, doi:10.3791/52611 (2015).

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