Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

Реактивность сосудов в области половой жизни, оцениваемый по оптической согласованности томографии Ангиография

Published: March 26, 2020 doi: 10.3791/60948
Automatic Translation
1, 1, 1,2
1Department of Ophthalmology, USC Roski Eye Institute, 2USC Ginsberg Institute for Biomedical Therapeutics, Keck School of Medicine of the University of Southern California

Summary

В этой статье описывается метод измерения реактивности сосуды в иво с человеческими субъектами с использованием метода провокации газового дыхания для доставки вазоактивных стимулов при приобретении изображений сыполовой сосуды.

Abstract

Было показано, что сосудисто едякая подача на сетчатку динамически адаптируется через сосудосуживание и сосудорасширяющее питание для удовлетворения метаболических потребностей сетчатки. Этот процесс, называемый реактивностью сосудов корыжи глаза (РВР), опосредовано нервно-сосудистыми соединениями, которые нарушаются очень рано при заболеваниях сосудов в области ретинальной системы, таких как диабетическая ретинопатия. Поэтому клинически осуществимый метод оценки сосудистой функции может представлять значительный интерес как в исследованиях, так и в клинических условиях. В последнее время, in vivo визуализации сосуды для свитины на уровне капилляров стало возможным благодаря одобрению FDA оптической когеренционной томографии (OCTA), неинвазивный, минимальный риск и без красителя ангиографии метод с разрешением уровня капилляров. Одновременно, физиологические и патологические изменения в RVR были показаны несколькими следователями. Метод, показанный в данной рукописи, предназначен для исследования RVR с использованием OCTA без необходимости внесения изменений в клинические процедуры визуализации или устройства. Он демонстрирует в режиме реального времени визуализации сетчатки и сосуды сетчатки во время воздействия гиперкапических или гипероксических условий. Экзамен легко проводится с двумя сотрудниками в возрасте до 30 минут с минимальным предметным дискомфортом или риском. Этот метод адаптируется к другим офтальмологическим устройствам визуализации и приложения могут варьироваться в зависимости от состава газовой смеси и популяции пациентов. Сила этого метода заключается в том, что он позволяет иссмотреть сосудистую функцию сосуды сосуды на уровне капилляров у испытуемых человека in vivo. Ограничения этого метода в основном связаны с OCTA и другими методами визуализации с ытины, включая артефакты изображений и ограниченный динамический диапазон. Результаты, полученные от метода OCT и OCTA изображения сетчатки. Эти изображения поддаются любому анализу, который возможен на коммерчески доступных устройствах OCT Или OCTA. Общий метод, однако, может быть адаптирован к любой форме офтальмологических изображений.

Introduction

Метаболический спрос сетчатки зависит от адекватного и постоянного снабжения кислородом, обеспечиваемого хорошо регулируемой системой артериол, капилляров и венульжей1. Несколько исследований показали, что функции большего калибра сосудов женели человека можно оценить в vivo с различными физиологиическими2,,3,,4,,5 и фармакологическими6,,7 стимулами. Кроме того, аномальная функция этой сосудистой системы является общим в области сосудистой системы, таких как диабетическая ретинопатия, где реактивность сосудов в реинтриале(RVR) было показано, что ослаблена даже на самых ранних стадиях8,9 через как газовую провокацию9 и мерцающие световые эксперименты5,10,11. Сосудистой сетчатого ранца хвастовство факторы риска, такие как курение, также коррелируют с нарушениями RVR12 и кровотока сетчатого13. Эти выводы имеют важное значение, поскольку клинические симптомы заболевания сосудов в области ретины происходят относительно поздно в процессе заболевания и доказано ранних клинических маркеров болезни не хватает14. Таким образом, оценка РВР может обеспечить полезные показатели сосудистой целостности для ранней оценки аномалий, которые могут инициировать или усугубить дегенеративные заболевания в области ретины.

Предыдущие эксперименты RVR обычно опирались на такие устройства, как лазерный кровоточачий9 или камеры fundus, оснащенные специальными фильтрами15 для приобретения изображения с ыватом. Тем не менее, эти технологии оптимизированы для судов большего диаметра, таких как артериол16 и венули15, которые не являются, где газ, микроэлементы и молекулярный обмен происходят. Более недавнее исследование было в состоянии количественно RVR капилляров с использованием адаптивной оптики изображения17, но, несмотря на улучшение пространственного разрешения, эти изображения имеют меньший размер поля и не FDA утвержденных для клинического использования18.

Недавнее появление оптической когеренционной томографии ангиографии (OCTA) предоставил FDA утвержденных, неинвазивных и без красителя ангиографический метод оценки капиллярного уровня изменений у пациентов и субъектов in vivo. OCTA широко признается в клинической практике в качестве эффективного инструмента для оценки нарушений в капиллярной перфузии в заболеваний сосудов в корыте, таких как диабетическая ретинопатия19, вениновые окклюзии для сытины20, васкулит21 и многие другие22. Таким образом, OCTA предоставляет прекрасную возможность для оценки изменений уровня капилляров, которые могут иметь значительную пространственную и височную неоднородность23, а также патологические изменения в клинических условиях. Наша группа недавно продемонстрировала, что OCTA может быть использован для количественной оценки отзывчивости сосудов из корыты на уровне капилляров2 к физиологических изменений в вдохновенный кислород, который является сосудосуживающий стимул для сцепительныхстимулов,24для сцепения.3,5

Цель юга этой статьи состоит в том, чтобы описать протокол, который позволит читателю оценить реактивность сосудов в области реинтины небольших артериол и капиллярной кровати с помощью OCTA. Методы адаптированы из методов, представленных в Lu et al.25, которые описали измерение цереброваскулярной реактивности с помощью магнитно-резонансной томографии. Хотя нынешние методы были разработаны и использованы во время OCTA изображений2, они применимы к другим устройствам визуализации с ыветчаткой с относительно простыми и очевидными изменениями.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Это исследование было одобрено Советом по институциональному обзору Университета южной Калифорнии и соответствовало принципам Хельсинкской декларации.

1. Установка газодышащего аппарата

Figure 1
Рисунок 1: Диаграмма недыхательного аппарата. Полная установка была разбита на три отдельных единицы в зависимости от их функции и частоты, с которой они рассматриваются независимо. К ним относятся: Группа управления воздухом, группа недыхания, и subject/Imaging Device Unit Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

  1. Сборка аппарата
    1. Подключите сумку Douglas(рисунок 1, #1) к трехстороннему клапану (#3) в селективном входе через трубку внутреннего диаметра 35 мм (#2; см. Таблица Материалов)с адаптером (#2). Эта комбинация будет называться "Блок управления воздушным небом", как показано на рисунке 1.
    2. Соедините двусторонний недыхательный клапан (#6) к разъему локтевого сустава (#7) в порте рта недыхательного клапана. Сформируйте соединение с помощью резиновой трубки (#5), оснащенной адаптером (#4).
    3. Подключите локтевый сустав к трубам доставки газа (#8). Эта установка, включая недыхательный клапан (#6), внутренние трубки (#5), адаптеры (#4), локтевого сустава (#7) и трубки доставки газа (#8) будет называться "Недышащий блок".
      ПРИМЕЧАНИЕ: Свести к минимуму количество мертвого пространства между ртом субъекта и диафрагмой двустороннего недыхательного клапана (#6).
    4. Подключите блок управления воздухом в порту розетки трехстороннего клапана (#3) к недышащему блоку в входе порта двустороннего недыхательного клапана (#6). Сделайте соединение с помощью дополнительных резиновых труб (#5) и адаптеров (#4), как описано ранее, которые позволяют части, которые будут вставлены друг в друга.
    5. Печать всех свободных соединений, обернув суставы с уплотнительной лентой, чтобы обеспечить герметичной пригонки.
    6. Подключите трубку доставки газа (#8) на своем открытом конце мундштука (#9), как показано в subject/Imaging Device Unit of Figure 1.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Этот шаг (1.1.6) может быть отложен до тех пор, пока тест объекта не будет готов к началу (Шаг 3.5).
  2. Подготовка блока управления воздушным газом для недыхания газа
    1. Изолировать блок управления воздушным газом, отключив его от любых внутренних труб (#5) или адаптеров (#4), если он еще не отделен.
    2. Убедитесь, что сумка Douglas (#1) пуста или пуста сумка Douglas (#1) любого воздуха, систематически свертывая мешок от дистального конца к входе в порт сумки с трехсторонним клапаном (#3), установленным на конфигурацию 1, как показано на рисунке 1.
    3. Заполните пакет Douglas (#1) соответствующей газовой смесью.
      1. Если предназначентолько только недышащий номер-воздух, установите трехсторонний клапан в конфигурацию 2 (показано на рисунке 1)и не заполняйте сумку Douglas (#1). В противном случае продолжайте шаги, которые составляют шаг 1.2.3.
      2. Соедините блок управления воздухом (показанный на рисунке 1) в порту розетки трехстороннего клапана (#3) к газовому баллону (содержащему нужную воздушную смесь) с помощью соответствующих адаптеров и труб. Используйте адаптер манжеты для установки 1/8 "газозаполняя трубки для внешнего диаметра трехстороннего клапана (#3).
      3. Установите трехсторонную сборку клапана в конфигурацию 1 (как показано на рисунке 1),чтобы предполагаемый газ потек из баллона в сумку Douglas (#1). Откройте газовый баллон.
      4. После того, как мешок Дуглас (#1) заполнен до предполагаемого объема (обычно наполовину заполнены), закройте выход газового баллона и установите трехсторонний клапан для конфигурации 2, которая изолирует газ в сумке Douglas (#1). Отключите блок управления воздухом от любых труб, используемых для заполнения сумки Douglas (#1).

2. Подготовка предмета для визуализации

  1. После того, как субъект соглашается участвовать в исследовании, сидят за устройством octA изображений. Объясните предмету процедуры тестирования.
  2. Подтвердите историю болезни субъекта, чтобы убедиться, что субъект не имеет существующих медицинских условий, которые повышают риск участия в исследовании.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Существующие сердечно-сосудистые или легочные заболевания являются факторами риска, для которых субъекты могут быть исключены из участия. Важно, чтобы субъект понимал, что они могут остановить процедуру в любое время по любой причине, например, чувство легкомысленности или какой-либо дополнительный неожиданный дискомфорт.
  3. Определите глаз, который будет оцениваться в рамках протокола тестирования. Один глаз только может быть изображен, чтобы ограничить время тестирования и свести к минимуму потенциальные неудобства от газа не-re-breathing.
  4. Рассмотрим расширение глаз, если предмет имеет размер зрачка около 2,5 мм или меньше. Хотя расширение не является обязательным, это повышает шансы на получение изображения хорошего качества. Чтобы дать по одной капле каждый из 0,5% пропаракаин гидрохлорид офтальмологический раствор, 1% тропикамидный офтальмологический раствор и 2,5% фенилэфрин гидрохлорид офтальмологический раствор. Полное расширение должно произойти в течение 10-15 мин.

3. Эксперимент провокации газа и приобретение изображения

  1. Создайте профиль для пациента в машине OCTA.
  2. Носите перчатки.
  3. Протрите вниз ОКТА голову и подбородок отдыха с алкоголем тампон для дезинфекции установки.
  4. Освободите мундштук (#9) от стерильной упаковки.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Воздержитесь от прикосновения к мундштуку как можно больше, как этот компонент делает прямой контакт с слизистой оболочки рта объекта
  5. Подключите мундштук (#9) к трубам доставки газа (#8)
  6. Поместите оксиметр пульса на палец испытуемых и начните мониторинг уровня насыщения кислородом и пульса.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Как только субъект начинает дышать желаемой воздушной смесью, импульсный оксиметр должен постоянно контролироваться экспертом. Если насыщенность кислорода субъекта падает ниже 94%, эксперимент должен быть остановлен, в качестве меры предосторожности, и объект наблюдается до тех пор, пока они не вернутся к исходной линии.
  7. Отрегулируйте высоту установки OCTA так, что предмет может легко отдохнуть их подбородок на подбородке (#11) без перенапрягать или сгибая их шею.
  8. Петля газодоставкеля (#8) с мундштуком (#9) вложения через голову и подбородок отдыха с мундштук (#9) перед пациентом. Ите трубной петли через машину oppposite стороне глаза, что объект имеет изображение.
  9. Вставьте мундштук в рот пациента. Поощряйте предмет к практике дыхание через не-дыхательные установки, чтобы создать знакомство с аппаратом. Убедитесь, что субъект принимает глубоко дышит для облегчения обмена газа.
  10. Поместите нос клип (#10) на предмет, чтобы убедиться, что они дышат через мундштук.
  11. Держите трехсторонний клапан на конфигурации 2 или измените его в конфигурацию 1 в зависимости от того, приобретаются ли изображения для воздействия комнатного воздуха или конкретной газовой смеси, соответственно. Для будущей справки обратите внимание на время начала вдыхания газа.
  12. Попросите субъекта поместить подбородок на правую или левую часть подбородка (#11) в соответствии с выбранным для визуализации глазом.
  13. Убедитесь, что они двигают головой вперед до тех пор, пока их лоб находится в твердом контакте с подголовником (#11).
  14. Захват ОКТа-сканирования, представляющих интерес, как это определено протоколом тестирования. В этом исследовании, три 3 мм х 3 мм изображения по центру на fovea были захвачены после 1 мин газа дыхания.
    1. Помейте вопрос держать их головку смотря вперед и все еще пока фиксирующ на цели в центре их взгляда
    2. В живом изображении, увиденном в радужной оболочке глаза, центр сканирования.
    3. Принесите радужной оболочки в центре внимания, перемещая подбородок в или с помощью левой правой стрелки.
    4. Убедитесь, что окунание фовеального имеет центр сканирования OCT, которое должно произойти по умолчанию.
    5. Сфотографись. Сканирование обычно длится несколько секунд на машине OCTA.
    6. Просмотр изображения OCTA после завершения сканирования и убедитесь, что оно надлежащего качества. Сила сигнала должна быть 7 или выше по 10-балльной шкале, предоставляемой производителем OCTA.
    7. Выберите сохранить или отсканировать глаз.
    8. Повторите шаги 3.14.1-3.14.7 для того, чтобы столько сканирований было желательно.
    9. Разрешить предмету сидеть сложа спиной от машины. Удалите зажим носа (#10) и мундштук (#9), когда больше не сканите глаза с этой газовой смесью не требуется.
  15. Разрешить субъектов 2 мин перерыв перед началом CO2 эксперименты провокации газа.
  16. Заполните мешок Douglas первой желаемой воздушной смесью (состоящей из 5% CO2,21% кислорода и 74% азота), как указано в шаге 1.2. Трехсторонний клапан будет находиться в конфигурации 2 после этого шага.
  17. Полная установка газовоздушного недыхательного аппарата путем подключения блока управления воздуха к невоздирующему блоку, как показано на рисунке 1 и описанному в шаге 1.1.4. Убедитесь, что все суставы герметичные с уплотнительной лентой.
  18. Повторите шаги 3.9-3.14, но теперь установите трехсторонний клапан в конфигурацию 1 при отогнании в шаге 3.11.
  19. Дайте субъектам 10-минутный перерыв после газовой провокации CO2, чтобы позволить вернуться к исходной линии.
  20. В то время как тема находится на перерыв, заполнить дуглас мешок с 100% O2 в соответствии с шагом 1.2.
  21. Повторите шаги 3.17-3.18 для выполнения эксперимента при 100% условиях газовой провокации O2.

4. Экспериментальная очистка

  1. Отбросьте одноразовые элементы установки: мундштук объекта (#9) и зажим носа (#10).
  2. Очистите голову и подбородок отдыха (#11) с помощью спирта тампон. Протрите предметный стул, стол OCTA и OCTA ручки с дезинфицирующим протрите, чтобы удалить любые странствующие слюны.
  3. Разключите установку на базовые компоненты — блок управления воздухом и блок непередыхания — на трехстороннем клапане (#3).
  4. Поскольку ни один воздух, выдыхаемый из предмета, не должен был достичь элементов блока управления воздушным проемом, опорожнить сумку Дугласа в соответствии с шагом 1.2.2 и поместить в место для будущего поиска. Отключите трубку clean-bor (#2) с адаптером (#2) и трехсторонним клапаном (#3) из сумки Douglas при желании для облегчения хранения. Это завершает очистку блока управления воздушным небом.
  5. Удалите трубку доставки газа (#8) из невоздирующего блока, отключив его от локтевого сустава (#7). Отключите внутренние резиновые трубки (#5) и адаптеры труб (#4) от двустороннего недыхательного клапана (#6). Затем сделайте то же самое от локтевого сустава (#7), удалив ленту для уплотнения и отсоединив части, потянув их на части.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Более обширная очистка двустороннего недыхательного клапана может быть облегчена путем его разборки для удаления внутренних диафрагм для дополнительного ухода.
  6. Подготовка дезинфицирующей ванны для очистки многоразовых компонентов
    1. Заполните контейнер достаточно большой, чтобы погрузить трубку доставки газа (#8) с соответствующим разбавленным и хорошо смешанным дезинфицирующим средством моющего средства. В этом случае разбавить моющее средство водой в соотношении 1:6425.
  7. Замочите трубки доставки газа (#8), двусторонний недыхательный клапан (#6), локтевого сустава (#7), внутренние резиновые трубки (#5) и тюбинговые адаптеры (#4) в подготовленной дезинфицирующей ванне в течение не менее 10 мин.
  8. Удалите все части после ванны и тщательно промойте их водой.
  9. Поместите их на бумажное полотенце на чистую столешнюю столешнюю столешнюю столешнюю столешнюю стойку.
  10. После того, как сушка воздуха завершена, распоряжаться бумажным полотенцем и поместить все компоненты для хранения.

5. Экспорт и анализ данных OCTA

  1. Экспорт данных OCTA
    1. Экспортировать данные OCTA, вставив съемное медиа-устройство по выбору в компьютер OCTA. Найти предмет и сканирование интереса.
    2. Выберите Экспорт для создания папки-молнии, содержащей данные интереса в формате .bmp на съемном медиа-устройстве.
  2. Анализ данных OCTA
    1. Организуйте данные OCTA на лабораторном компьютере с возможностью проведения дополнительного анализа и обработки изображений.
    2. Используйте пользовательский скрипт для подавления шума с помощью глобальной техники порога и выполнения дополнительных функций извлечения. Бинализировать и скелетонизировать octA изображения.
    3. На постобработанных изображениях вычислите плотность скелета сосуда (VSD)19,26, безразмерная мера общей линейной длины сосудов на изображении, рассчитанном следующим уравнением, выполненном на карокаризированном изображении OCTA:
      Equation 1
      где я и j относятся к пиксельной координате(i,j), L(i,j) относится к белым пикселям, представляющим декорреляцию, X(i,j) относится ко всем пикселям, и n относится к размерам массива пикселей, который можно предположить, что n x n пикселей19,26. Знаменосц омнитель этого уравнения представляет общее количество пикселей, которые рассчитываются как написанные из скелетонизированного изображения, но могут рассматриваться как представляющие физическую область всего изображения.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Выход из этого эксперимента состоит из ручных показаний, взятых из оксиметра импульса, сроки, отмеченные для воздействия газа или сканирования OCTA и необработанных данных OCTA изображений. OctA изображение состоит из OCT B-сканирования и сигнала декорреляции, связанного с каждым B-сканированием. Параметры данных приведены по спецификациям устройства. Использовалась исходная лазерная платформа OCTA с центральной длиной волны 1040-1060 нм. Изображения обеспечивают поперечное разрешение 20 мкм и оптическое осевое разрешение 6,3 мкм. Чаще всего данные OCTA представлены в формате 2D-эн-эн, как это было показано на репрезентативной диаграмме 2. Существует много метрик для количественной оценки этих данных таким образом, чтобы можно было проводить сопоставления между субъектами и между различными условиями. Репрезентативная метрика, плотность скелета сосудов (VSD), показана вместе с полной ангиограммой с ытины на рисунке 2. По мере того как капилляры соцсугивали и сосудодилатывали в ответ на воздействие газа, плотность капилляров также изменяется. Гиперкапнические условия, как ожидается, приведет к увеличению VSD и гипероксические условия, как ожидается, приведет к снижению VSD по сравнению с комнатной воздушной конюми.

Figure 2
Рисунок 2: Репрезентативные результаты плотности скелета судна (VSD) в гипероксических, комнатных воздухах и гиперкапных условиях. На этом рисунке показаны ангиограммы OCTA 3 мм x 3 мм и результаты плотности сосудов здоровой 76-летней самки. Строка 1 показывает один представитель горизонтальной OCT B-сканирования через fovea с декорреляционным сигналом выше эпителия пигмента в реле из корыты, представленной красным для каждого из условий провокации газодыша- 100% O2,воздух комнаты и 5% CO2 соответственно. Строка 2 состоит из одного изображения лица OCTA, построенного из 256 OCTA B-сканирований, одно из которых показано в строке 1. Строка 3 состоит из тех же OCTA изображений в строке 2 после пост-обработки, в которой сосуды были binarized и скелетизированы. Строка 4 состоит из тепловой карты, показывающей VSD, рассчитанную локально из изображений в строке 3. Обратите внимание, что общее количество VSD и относительное количество локальных горячих точек VSD увеличивается по мере продвижения в столбцах слева направо. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Методология только что описано полный протокол для газового дыхания провокации эксперимент, который позволяет для измерения RVR субъекта в контролируемой среде в определенных точках времени без каких-либо изменений в OCTA изображения устройства и минимальный дискомфорт или риск для субъекта. Эта настройка описана таким образом, что позволяет легко модификации в соответствии с потребностями исследователя. Он может вместить дополнительные трубки, чтобы соответствовать различным комнатам клиники и некоторые элементы, такие как в доме трубки или локтевого сустава могут быть опущены или заменены другими компонентами. На рисунке 1 показано, как ключевые части установки — подразделение управления воздухом, подразделение, не дышающее, и Subject/Imaging Device Unit-интерфейс друг с другом в одном простом соединении. Газовые смеси можно легко контролировать с помощью мешка Douglas в качестве резервуара. Кроме того, дополнительные мониторы могут быть добавлены в нескольких точках установки. Например, локтевой сустав содержит дополнительный порт выборки, который может быть использован для измерения газов в выдохе субъекта, таких как конечный прилив CO2 для более точной характеристики состояния дыхания субъекта. Сила этого недыхательного аппарата заключается в его адаптации как к условиям клиники, так и к требованиям исследователя. Хотя OCTA изображения используется, другие способы визуализации могут быть реализованы с этой газовой установки.

Порядок воздействия газов во время испытаний может быть важным, чтобы не смещение мер реактивности. Исследования Tayyari et al.24 показали, что сосудистое состояние сосудов сетчатого сетчатого контура сохраняется после завершения проблемы гипероксического газа и может повлиять на гиперкапническую оценку RVR. Тем не менее, другие показали, что оксигенация сосудажетины 27 и диаметр сосуда жетины16 возвращаются к исходной линии в течение 2,5 мин после прекращения гипероксического дыхания. Важное значение имеет также продолжительность газовой провокации. Предыдущие работы показали, что сосудосуживание поддается измерению после 1 мин гипероксического воздействия и что почти все сосудосуживающие произошло после 4-5 мин начала. Диаметры судов будут оставаться стабильными с воздействием кислорода в течение по крайней мере 20 мин28. В случае гиперкапниковой газовой провокации пиковые эффекты для артериальных и венозных диаметров сосудов сосудов были отмечены после 3 мин воздействия 5% условий двуокиси углерода4. Предложенный метод это исследование начинается визуализации после 1 мин газа не-rerebreathing, потому что влияние гиперкапнии на церебральной реактивности сосудов было показано, что эквивалентно на 1 и 4 мин, тем самым уменьшая время, необходимое для визуализации и дискомфорт пациента значительно29.

С помощью мундштукса с носом клип, эта установка может улучшить эти эксперименты с помощью противогаза. Предыдущие исследования, вызывающие гипероксические условия с использованием мундштука отметил среднее увеличение концентрации кислорода в крови артериол в области ретинальной артериолей 2%15 по сравнению с 5% увеличение30 при использовании маски. Однако, добавляя нос клип, этот метод должен уменьшить потенциал для субъектов, чтобы вдохновить любое количество воздуха через нос, как это, возможно, произошло в этом предыдущем исследовании. Потенциал ошибки в настройке должен быть сбалансирован с комфортом пациента и дополнительными осложнениями ношения маски при использовании неизмененной системы OCTA. Они включают в себя создание места для маски на OCTA31 и потенциал для газообмена и смешивания в большом пространстве, занимаемом самой маской32. Одной из проблем, касающихся установки мундштука является потенциал для усугубляется сосудосуживающий эффект на RVR из-за изменений в частичном давлении CO2 (PCO2) во время индукции гипероксии33. Дыхательный аппарат может быть изменен, чтобы контролировать этот смешанный эффект путем поддержания постоянного конца приливного частичного давления углекислого газа с последовательной повторного дыхания цепи33,34.

Во время тестирования, пациенты могут чувствовать одышку при дыхании через схему трубки, даже если они оксигенирования хорошо. Это ощущение потенциально связано с повышенной устойчивостью к потоку газа при дыхании через трубки. Можно предпринять несколько шагов для того, чтобы предмет не был сбит с толку или встревожен. Во-первых, важно свести к минимуму длину мертвого пространства между ртом субъекта и двусторонним недыхательным клапаном, чтобы свести к минимуму повторное дыхание газа. Даже с очень коротким сегментом, предметы все еще могут "чувствовать", как дыхание сложнее. Поэтому важно, чтобы субъект дышал через газовый невозбудимый аппарат перед началом сбора данных, чтобы ознакомить предмет с установкой. Эксперт должен напомнить субъекту дышать медленно и глубоко, внимательно следить за показаниями оксиметрии пульса и информировать субъекта о его выводах для уверенности. Кроме того, убедитесь, что объект может сидеть удобно и отдыхать головой легко на подголовникoct OCTA в то время как мундштук вставляется. Это включает в себя руководство мундштук трубки через и вокруг OCTA chinrest так, что субъект не нужно кусать вниз с силой, чтобы держать его в рот. Напомните субъекту поддерживать взгляд на цель фиксации и ограничить действия, которые приводят к движению глаз или головы, в том числе говорить, так как они могут ввести движения артефактов в OCTA сканирования. Предмет следует поощрять к выходу из эксперимента, если дискомфорт от участия в исследовании выходит за рамки минимума.

Гиперкапния и гипероксия, как ожидается, не будет иметь значительное влияние на среднее артериальное давление на величину и продолжительность изменения газа видели в этом исследовании, особенно в гемодинамически нормальных субъектов35,36. Тем не менее, измерение артериального давления во время провокаций газодыша может быть полезно, если сама процедура измерения не смущает исследования или увеличить предмет тревоги во время тестирования. Если предпочтительными стимулами для оценки RVR является увеличение среднего артериального давления, альтернативные методы, такие как тест руки-сцепление37,38,39 или холодный пресс-тест40, который может более непосредственно и эффективно увеличить кровяное давление субъекта, могут быть рассмотрены.

OCTA обеспечивает хорошее внутрипридивистное и межвидовое воспроизводимость как у здоровых пациентов, так и у пациентов с ретинопатией с наибольшими коэффициентами изменения плотности сосудов менее 6%41,,42. У пациентов, представляющих интерес, например у больных сахарным диабетом, интерсессионный коэффициент изменчивости плотности сосудов оставался ниже 6% даже с интервалом в один месяц43. Таким образом, этот метод может быть использован для наблюдения за продольными изменениями в RVR. Во время продольных последующих мероприятий, однако, будет важно отслеживать потенциальных confounders для оценки реактивности сосудов повторной выдержек, таких как потребление кофе44. Там также может быть необходимо быть чувствительным к суточной вариации, которые могут повлиять на реактивность в зависимости от состояния и слоя подковы изучается45,46,47.

Несмотря на широкую применимость метода, при наборе пациентов необходимо учитывать несколько факторов. Хотя эта недыхательная процедура не использует гипоксичную газовую смесь, повышенная устойчивость к дыханию через трубку может представлять дополнительные риски для тех, кто уже с обструктивными заболеваниями легких, включая астму и хроническую обструктивную болезнь легких. Для субъектов, в том числе с сердечными заболеваниями, в которых одышка уже вызывает озабоченность, их участие в исследовании должно получить дополнительную проверку. В случае более распространенных сосудистых заболеваний, включая гипертонию и диабет, газовые испытания были проведены с аналогичными газовыми составами в этих популяциях пациентов в нескольких исследованиях8,,9,,48, а в последнее время с описанным методом2, и не было никаких сообщений о неблагоприятных событиях в этих документах.

Кроме того, хотя OCTA изображения содержат значительную информацию о функции сетчатки и многие параметры могут быть вычислены для количественной оценки морфологии капиллярной кровати49,50, как и многие другие технологии визуализации, ограничения в интерпретации OCTA сканирования существуют. Дефекты изображения, включая артефакты смещения, артефакты движения и проекционные артефакты50, могут повлиять на качество изображения. OCTA полагается на поток для обнаружения сигнала без визуализации эндотелия или сосудистой стенки. В результате, OCTA метрики включают индексы, которые являются репрезентативными внутренних сосудистых свойств, но не может быть идеальным представлением микроваскулярности. Сравнения с гистологией показали, что реальная плотность сосуды для свиты с ыватины может быть больше, чем оценивается с OCTA51. Кроме того, временные изменения в потоке в микросудах менее 10-15 мкм могут вызвать изменение интенсивности изображения OCTA между сканированием23. Предполагается, что это связано с скоростью потока ниже минимальной обнаруживаемой скорости.

В заключение, удобство установки газообмена, низкая стоимость материалов и возможность применения метода к широкому спектру офтальмологических устройств визуализации означают, что он будет по-прежнему иметь отношение к визуализации сетчаточной системы, особенно с системами OCTA. Стимулируя как положительный, так и отрицательный ответ RVR, эта установка может также быть использована для зондирования физиологии сосудистых заболеваний сеток, а также пределы самих систем OCTA, визуализируя те сосуды, которые уклоняются от обнаружения с использованием текущей технологии, но проявляются при дополнительной стимуляции.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Карл Зейсс Meditec предоставил грантовое финансирование, оборудование и финансовую поддержку AHK, связанные с темой этой статьи.

Acknowledgments

Эта работа была поддержана NIH K08EY027006, R01EY030564, UH3NS100614, научно-исследовательскими грантами от Carl zeiss Meditec Inc (Дублин, Калифорния) и Неограниченным финансированием Департамента исследований по предотвращению слепоты (Нью-йорк, NY).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
5% CO2 gas [5% CO2, 21% O2, 74% N2] (Compressed) Institution Dependent (Praxair)
Bacdown Disinfectant Detergent Decon Labs 8001 https://deconlabs.com/products/disinfectant-bdd/
Clean-Bor Tubes (35 mm Inner Diameter) Vacumed 1011-108 http://www.vacumed.com/zcom/product/Product.do?compid=27&skuid=1197
Cuff adapter for Douglas bag filling Vacumed 22254 http://www.vacumed.com/zcom/product/Product.do?compid=27&prodid=343
Douglas bag (200 L capacity) Harvard Apparatus 500942 https://www.harvardapparatus.com/douglas-bag.html
Elbow Joint (Inner Diameter 19 mm/Outer Diameter 22 mm), Modified in House
Fingertip Pulse Oximeter (Pro-Series) CMS CMS 500DL https://www.walmart.com/ip/Pro-Series-CMS-500DL-Fingertip-Pulse-Oximeter-Blood-Oxygen-Saturation-Monitor-with-silicon-cover-batteries-and-lanyard/479049154
Gas Delivery Tube (22 mm Inner Diameter) Modified in House
Gas filling tube (1/8" for compressed gas)
Hydrogen Peroxide Cleaner Disinfectant Wipes Clorox Healthcare 30824 https://www.cloroxpro.com/products/clorox-healthcare/hydrogen-peroxide-cleaner-disinfectants/?gclid=EAIaIQobChMIk-KG4vi15QIVcRh9Ch0NNwLPEAAYASAAEgJIa_D_BwE&gclsrc=aw.ds
Lubricant Eye Drops Refresh Refresh Plus https://www.refreshbrand.com/Products/refresh-plus
Manual Directional Control Valves: Three-Way T-Shape Stopcock Type (Inner Diameter 28.6 mm, Outer Diameter 35 mm) Hans Rudolph 2100C Series www.rudolphkc.com
Medical O2 (Compressed) Institution Dependent
Mouth piece (Silicone, Model #9061) Hans Rudolph 602076 www.rudolphkc.com
OCTA Imaging Device (PLEX Elite 9000) Carl Zeiss Meditec, Dublin, CA, USA https://www.zeiss.com/meditec/int/product-portfolio/optical-coherence-tomography-devices/plex-elite-9000-swept-source-oct.html
Phenylephrine Hydrochloride Ophthalmic Solution, USP 2.5% Paragon Bioteck, Inc NDC 42702-102-15 https://paragonbioteck.com/products/diagnostics/phenylephrine-hydrochloride-ophthalmic-solution-usp-2-5/
Plastic Nose Clip Sterile Foam CS100 Sklar Sterile 96-2951 https://www.sklarcorp.com/disposables/plastic/plastic-nose-clip-sterile-foam-box-of-100.html
Proparacaine Hydrochloride Ophthalmic Solution, USP .5% Bausch + Lomb NDC 24208-730-06 https://www.bausch.com/ecp/our-products/rx-pharmaceuticals/generics
Regulator (tank dependent- 5% CO2: Fisherbrand Mulitstage Gas Cylinder Regulators) Genstar Technologies Company 10575150 https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-multistage-cylinder-regulators-22/10575150?keyword=true
Regulator (tank dependent- Oxygen: Fisherbrand Multistage Gas Cylinder Regulators) Genstar Technologies Company 10575145 https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-multistage-cylinder-regulators-22/10575145?keyword=true
Rubber Tubing (Inner diameter 19 mm, Outer diameter 27 mm), Made in House
Sealing tape- Parafilm Wrap (2" Wide) Cole Parmer PM992 https://www.coleparmer.com/i/parafilm-pm992-wrap-2-wide-250-ft-roll/0672050?PubID=VV&persist=True&ip=no&gclid=EAIaIQobChMInY3vqomz5QIVfyCtBh1VSg64EAAYASAAEgJ9n_D_BwE
Sterile Alcohol Prep Pads Medline MDS090670 https://www.medline.com/product/Sterile-Alcohol-Prep-Pads/Swab-Pads/Z05-PF03816
Tropicamide Ophthalmic Solution, USP 1% Akorn NDC 17478-102-12 http://www.akorn.com/prod_detail.php?ndc=17478-102-12
Tubing Adapter, Made in House
Two-way non-rebreathing valve (2600 Series- Inner Diameter 28.6 mm, Outer Diameter 35 mm) Hans Rudolph 2600 Series, UM-112078 www.rudolphkc.com

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Country, M. W. Retinal metabolism: A comparative look at energetics in the retina. Brain Research. 1672, 50-57 (2017).
  2. Ashimatey, B. S., Green, K. M., Chu, Z., Wang, R. K., Kashani, A. H. Impaired Retinal Vascular Reactivity in Diabetic Retinopathy as Assessed by Optical Coherence Tomography Angiography. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 60 (7), 2468 (2019).
  3. Hickam, J. B. M. D., Frayser, R. P. D. Studies of the Retinal Circulation in Man: Observations on Vessel Diameter, Arteriovenous Oxygen Difference, and Mean Circulation Time. Circulation. 33 (2), 302-316 (1966).
  4. Dorner, G. T., Garhoefer, G., Zawinka, C., Kiss, B., Schmetterer, L. Response of Retinal Blood Flow to CO2 -Breathing in Humans. European Journal of Ophthalmology. 12 (6), 459-466 (2002).
  5. Linsenmeier, R. A., Zhang, H. F. Retinal oxygen: from animals to humans. Progress in Retinal and Eye Research. 58, 115-151 (2017).
  6. Eliakim, M., Mor, I., Michaelson, I. C. Assessment of pharmacologic effects on the retinal circulation of hypertensive subjects by a quantitative method. Microvascular Research. 4 (4), 374-383 (1972).
  7. Gilmore, E. D., et al. Retinal arteriolar hemodynamic response to an acute hyperglycemic provocation in early and sight-threatening diabetic retinopathy. Microvascular Research. 73 (3), 191-197 (2007).
  8. Hickam, J. B., Sieker, H. O. Retinal Vascular Reactivity in Patients with Diabetes Mellitus and with Atherosclerosis. Circulation. 22 (2), 243-246 (1960).
  9. Gilmore, E. D., et al. Retinal Arteriolar Diameter, Blood Velocity, and Blood Flow Response to an Isocapnic Hyperoxic Provocation in Early Sight-Threatening Diabetic Retinopathy. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 48 (4), 1744 (2007).
  10. Garhofer, G. Reduced response of retinal vessel diameters to flicker stimulation in patients with diabetes. British Journal of Ophthalmology. 88 (7), 887-891 (2004).
  11. Felder, A. E., Wanek, J., Blair, N. P., Shahidi, M. Inner Retinal Oxygen Extraction Fraction in Response to Light Flicker Stimulation in Humans. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 56 (11), 6633-6637 (2015).
  12. Rose, K., Flanagan, J. G., Patel, S. R., Cheng, R., Hudson, C. Retinal Blood Flow and Vascular Reactivity in Chronic Smokers. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 55 (7), 4266 (2014).
  13. Omae, T., Nagaoka, T., Yoshida, A. Effects of Habitual Cigarette Smoking on Retinal Circulation in Patients With Type 2 Diabetes. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 57 (3), 1345 (2016).
  14. Pusparajah, P., Lee, L. H., Abdul Kadir, K. Molecular Markers of Diabetic Retinopathy: Potential Screening Tool of the Future. Frontiers in Physiology. 7, (2016).
  15. Hammer, M., Vilser, W., Riemer, T., Schweitzer, D. Retinal vessel oximetry-calibration, compensation for vessel diameter and fundus pigmentation, and reproducibility. Journal of Biomedical Optics. 13 (5), 054015 (2008).
  16. Gilmore, E. D., Hudson, C., Preiss, D., Fisher, J. Retinal arteriolar diameter, blood velocity, and blood flow response to an isocapnic hyperoxic provocation. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 288 (6), 2912-2917 (2005).
  17. Duan, A., Bedggood, P. A., Metha, A. B., Bui, B. V. Reactivity in the human retinal microvasculature measured during acute gas breathing provocations. Scientific Reports. 7 (1), 2113 (2017).
  18. Burns, S. A., Elsner, A. E., Sapoznik, K. A., Warner, R. L., Gast, T. J. Adaptive optics imaging of the human retina. Progress in Retinal and Eye Research. 68, 1-30 (2019).
  19. Kim, A. Y., Chu, Z., Shahidzadeh, A., Wang, R. K., Puliafito, C. A., Kashani, A. H. Quantifying Microvascular Density and Morphology in Diabetic Retinopathy Using Spectral-Domain Optical Coherence Tomography Angiography. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 57 (9), (2016).
  20. Koulisis, N., et al. Quantitative microvascular analysis of retinal venous occlusions by spectral domain optical coherence tomography angiography. PLOS ONE. 12 (4), 0176404 (2017).
  21. Kim, A. Y., et al. Quantifying Retinal Microvascular Changes in Uveitis Using Spectral-Domain Optical Coherence Tomography Angiography. American Journal of Ophthalmology. 171, 101-112 (2016).
  22. Kashani, A. H., et al. Optical coherence tomography angiography: A comprehensive review of current methods and clinical applications. Progress in Retinal and Eye Research. 60, 66-100 (2017).
  23. Yu, D. Y., et al. Retinal capillary perfusion: Spatial and temporal heterogeneity. Progress in Retinal and Eye Research. 70, 23-54 (2019).
  24. Tayyari, F., et al. The Relationship between Retinal Vascular Reactivity and Arteriolar Diameter in Response to Metabolic Provocation. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 50 (10), 4814 (2009).
  25. Lu, H., Liu, P., Yezhuvath, U., Cheng, Y., Marshall, O., Ge, Y. MRI Mapping of Cerebrovascular Reactivity via Gas Inhalation Challenges. Journal of Visualized Experiments. (94), e52306 (2014).
  26. Reif, R., Qin, J., An, L., Zhi, Z., Dziennis, S., Wang, R. Quantifying Optical Microangiography Images Obtained from a Spectral Domain Optical Coherence Tomography System. International Journal of Biomedical Imaging. 2012, 1-11 (2012).
  27. Olafsdottir, O. B., Eliasdottir, T. S., Kristjansdottir, J. V., Hardarson, S. H., Stefánsson, E. Retinal Vessel Oxygen Saturation during 100% Oxygen Breathing in Healthy Individuals. PLOS ONE. 10 (6), 0128780 (2015).
  28. Kiss, B., et al. Retinal Blood Flow during Hyperoxia in Humans Revisited: Concerted Results Using Different Measurement Techniques. Microvascular Research. 64 (1), 75-85 (2002).
  29. Yezhuvath, U. S., Lewis-Amezcua, K., Varghese, R., Xiao, G., Lu, H. On the assessment of cerebrovascular reactivity using hypercapnia BOLD MRI. NMR in biomedicine. 22 (7), 779-786 (2009).
  30. Hardarson, S. H., et al. Automatic Retinal Oximetry. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 47 (11), 5011 (2006).
  31. Sousa, D. C., Leal, I., Moreira, S., Dionísio, P., Abegão Pinto, L., Marques-Neves, C. Hypoxia challenge test and retinal circulation changes - a study using ocular coherence tomography angiography. Acta Ophthalmologica. 96 (3), 315-319 (2018).
  32. Slessarev, M., Somogyi, R., Preiss, D., Vesely, A., Sasano, H., Fisher, J. A. Efficiency of oxygen administration: Sequential gas delivery versus "flow into a cone" methods. Critical Care Medicine. 34 (3), 829-834 (2006).
  33. Gilmore, E. D., Hudson, C., Venkataraman, S. T., Preiss, D., Fisher, J. Comparison of Different Hyperoxic Paradigms to Induce Vasoconstriction: Implications for the Investigation of Retinal Vascular Reactivity. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 45 (9), 3207 (2004).
  34. Shahidi, A. M., Patel, S. R., Huang, D., Tan, O., Flanagan, J. G., Hudson, C. Assessment of total retinal blood flow using Doppler Fourier Domain Optical Coherence Tomography during systemic hypercapnia and hypocapnia. Physiological Reports. 2 (7), 12046 (2014).
  35. Maleki, N., et al. The Effect of Hypercarbia and Hyperoxia on the Total Blood Flow to the Retina as Assessed by Magnetic Resonance Imaging. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 52 (9), 6867 (2011).
  36. Smit, B., Smulders, Y. M., vander Wouden, J. C., Oudemans-van Straaten, H. M., Spoelstra-de Man, A. M. E. Hemodynamic effects of acute hyperoxia: systematic review and meta-analysis. Critical Care. 22 (1), 45 (2018).
  37. Piccolino, F. P., Cagini, C., Fruttini, D., Nicolò, M., Eandi, C. M., Tito, S. Retinal Vascular Reactivity in Central Serous Chorioretinopathy. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 59 (11), 4425 (2018).
  38. Sousa, D. C., et al. A Protocol to Evaluate Retinal Vascular Response Using Optical Coherence Tomography Angiography. Frontiers in Neuroscience. 13, 566 (2019).
  39. Robinson, F., Riva, C. E., Grunwald, J. E., Petrig, B. L., Sinclair, S. H. Retinal Blood Flow Autoregulation in Response to on Acute Increase in Blood Pressure. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 27 (5), 5 (1986).
  40. Gherghel, D., Hosking, S. L., Cunliffe, I. A. Abnormal Systemic and Ocular Vascular Response to Temperature Provocation in Primary Open-Angle Glaucoma Patients: A Case for Autonomic Failure. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 45 (10), 3546 (2004).
  41. You, Q., et al. Reproducibility of vessel density measurement with Optical Coherence Tomography Angiography in eyes with and without retinopathy. Retina. 37 (8), 1475-1482 (2017).
  42. Lei, J., et al. Repeatability and Reproducibility of Superficial Macular Retinal Vessel Density Measurements Using Optical Coherence Tomography Angiography En Face Images. JAMA Ophthalmology. 135 (10), 1092 (2017).
  43. Czakó, C., et al. Intrasession and Between-Visit Variability of Retinal Vessel Density Values Measured with OCT Angiography in Diabetic Patients. Scientific Reports. 8 (1), 10598 (2018).
  44. Field, A. S., Laurienti, P. J., Yen, Y. F., Burdette, J. H., Moody, D. M. Dietary Caffeine Consumption and Withdrawal: Confounding Variables in Quantitative Cerebral Perfusion Studies. Radiology. 227 (1), 129-135 (2003).
  45. Baek, S. U., et al. Diurnal change of retinal vessel density and mean ocular perfusion pressure in patients with open-angle glaucoma. PLOS ONE. 14 (4), 0215684 (2019).
  46. Müller, V. C., Storp, J. J., Kerschke, L., Nelis, P., Eter, N., Alnawaiseh, M. Diurnal variations in flow density measured using optical coherence tomography angiography and the impact of heart rate, mean arterial pressure and intraocular pressure on flow density in primary open-angle glaucoma patients. Acta Ophthalmologica. 97 (6), (2019).
  47. Sarwar, S., et al. Diurnal variation of choriocapillaris vessel flow density in normal subjects measured using optical coherence tomography angiography. International Journal of Retina and Vitreous. 4 (1), 37 (2018).
  48. Liu, P., De Vis, J. B., Lu, H. Cerebrovascular reactivity (CVR) MRI with CO2 challenge: A technical review. NeuroImage. 187, 104-115 (2019).
  49. Ting, D. S. W., et al. Optical Coherence Tomographic Angiography in Type 2 Diabetes and Diabetic Retinopathy. JAMA Ophthalmology. 135 (4), 306 (2017).
  50. Spaide, R. F., Fujimoto, J. G., Waheed, N. K., Sadda, S. R., Staurenghi, G. Optical coherence tomography angiography. Progress in retinal and eye research. 64, 1-55 (2018).
  51. An, D., et al. Quantitative comparisons between optical coherence tomography angiography and matched histology in the human eye. Experimental Eye Research. 170, 13-19 (2018).

Tags

Нейронаука Выпуск 157 OCTA Сосудистая Реактивность Сетчатка Гиперкапния Гипероксия Люди Сосуды сетчатки /патология Томография Оптическая согласованность
Реактивность сосудов в области половой жизни, оцениваемый по оптической согласованности томографии Ангиография
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kushner-Lenhoff, S., Ashimatey, B.… More

Kushner-Lenhoff, S., Ashimatey, B. S., Kashani, A. H. Retinal Vascular Reactivity as Assessed by Optical Coherence Tomography Angiography. J. Vis. Exp. (157), e60948, doi:10.3791/60948 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter