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Neuroscience

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

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

Cet article décrit une méthode pour mesurer la réactivité réactivature rétinienne de vascularisation in vivo avec des sujets humains utilisant une technique de provocation de respiration de gaz pour délivrer des stimuli vasoactives tout en acquérant des images rétiniennes.

Abstract

L’approvisionnement vasculaire à la rétine a été montré pour s’adapter dynamiquement par vasoconstriction et vasodilatation pour répondre aux exigences métaboliques de la rétine. Ce processus, appelé réactivité vasculaire rétinienne (RVR), est médié par le couplage neurovasculaire, qui est altéré très tôt dans les maladies vasculaires rétiniennes telles que la rétinopathie diabétique. Par conséquent, une méthode cliniquement faisable d’évaluer la fonction vasculaire peut être d’un intérêt significatif à la fois dans la recherche et les milieux cliniques. Récemment, l’imagerie in vivo de la vascularisation rétinienne au niveau capillaire a été rendue possible par l’approbation de FDA de l’angiographie de tomographie de cohérence optique (OCTA), une méthode non invasive, minimale de risque et d’angiographie sans teint avec la résolution de niveau capillaire. Parallèlement, des changements physiologiques et pathologiques dans le RVR ont été montrés par plusieurs investigateurs. La méthode indiquée dans ce manuscrit est conçue pour étudier le RVR à l’aide de l’OCTA sans avoir besoin de modifications aux procédures ou appareils d’imagerie clinique. Il démontre l’imagerie en temps réel de la rétine et la vascularisation rétinienne lors de l’exposition à des conditions hypercapniques ou hyperoxiques. L’examen est facilement effectué avec deux membres du personnel en moins de 30 minutes avec un minimum d’inconfort ou de risque sujet. Cette méthode est adaptable à d’autres dispositifs d’imagerie ophtalmique et les applications peuvent varier en fonction de la composition du mélange de gaz et de la population de patients. Une force de cette méthode est qu’elle permet une étude de la fonction vasculaire rétinienne au niveau capillaire dans les sujets humains in vivo. Les limites de cette méthode sont en grande partie celles de l’OCTA et d’autres méthodes d’imagerie rétinienne, y compris les artefacts d’imagerie et une plage dynamique restreinte. Les résultats obtenus à partir de la méthode sont des images OCT et OCTA de la rétine. Ces images sont à l’écoute de toute analyse possible sur les périphériques OCT ou OCTA disponibles dans le commerce. La méthode générale, cependant, peut être adaptée à n’importe quelle forme d’imagerie ophtalmique.

Introduction

La demande métabolique de la rétine dépend d’un approvisionnement adéquat et constant en oxygène fourni par un système bien réglementé d’artérioles, de capillaires et de venuesles1. Plusieurs études ont démontré que la fonction des vaisseaux rétiniens humains de plus grand calibre peut être évaluée in vivo avec divers physiologiques2,3,4,5 et pharmacologiques6,7 stimuli. En outre, la fonction anormale de ce système vasculaire est commune dans les maladies vasculaires rétiniennes telles que la rétinopathie diabétique où la réactivité vasculaire rétinienne (RVR) a été montré pour être atténuée même dans ses premiers stades8,9 à la fois par provocation de gaz9 et des expériences de lumière vacillante5,10,11. Les facteurs de risque vasculaires rétinaux tels que le tabagisme ont également été corrélés avec le RVR12 altéré et le flux sanguin rétinien13. Ces résultats sont importants puisque les symptômes cliniques de la maladie vasculaire rétinienne se produisent relativement tard dans le processus de la maladie et les marqueurs cliniques tôt prouvés de la maladie manquent14. Ainsi, l’évaluation de RVR peut fournir des mesures utiles de l’intégrité vasculaire pour l’évaluation tôt des anomalies qui peuvent initier ou exacerber les maladies dégénératives rétiniennes.

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

L’avènement récent de l’angiographie de tomographie de cohérence optique (OCTA) a fourni une méthode angiographique approuvée par la FDA, non invasive et sans teinture d’évaluer les changements de niveau capillaire chez les patients humains et les sujets in vivo. OCTA est largement accepté dans la pratique clinique comme un outil efficace pour évaluer l’affaiblissement de la perfusion capillaire dans les maladies vasculaires rétiniennes telles que la rétinopathie diabétique19, occlusions veineuses rétiniennes20, vasculitis21 et beaucoup d’autres22. OCTA fournit donc une excellente occasion pour l’évaluation des changements de niveau capillaire, qui peuvent avoir l’hétérogénéité spatiale et temporelle significative23 ainsi que des changements pathologiques, dans un cadre clinique. Notre groupe a récemment démontré que l’OCTA peut être utilisée pour quantifier la réactivité des vaisseaux rétinaires au niveau capillaire2 aux changements physiologiques de l’oxygène inspiré, qui est un stimulus vasoconstrictif rétinaire16,24, et le dioxyde de carbone, qui est un stimulus vasodilaté rétinaire3,5.

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

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Protocol

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

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

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

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

2. Préparer le sujet de l’imagerie

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

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

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

4. Nettoyage expérimental

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

5. OCTA Data Export and Analysis

  1. Exportation de données OCTA
    1. Exporter des données OCTA en insérant un dispositif multimédia amovible de choix dans l’ordinateur OCTA. Trouvez le sujet et l’analyse d’intérêt.
    2. Sélectionnez Export pour créer un dossier zip contenant les données du sujet d’intérêt dans un format .bmp sur l’appareil multimédia amovible.
  2. Analyse des données de l’OCTA
    1. Organisez les données OCTA sur un ordinateur de laboratoire avec la possibilité d’effectuer des analyses et un traitement d’image supplémentaires.
    2. Utilisez un script personnalisé pour supprimer le bruit avec une technique globale de seuil et effectuer l’extraction de fonctionnalités supplémentaires. Binarize et squeletter les images OCTA.
    3. Sur les images post-traitées, calculer la densité squelette du navire (VSD)19,26, une mesure sans dimension de la longueur linéaire totale des navires dans une image calculée par l’équation suivante effectuée sur une image squelettée binarisée de l’OCTA :
      Equation 1
      où i et j se réfèrent à la coordonnées pixels (i,j), L(i,j) se réfère à des pixels blancs représentant la décoration, X(i,j) se réfère à tous les pixels, et n se réfère aux dimensions de la gamme de pixels, qui peut être supposé être n x x n pixels19,26. Le dénominateur de cette équation représente le nombre total de pixels qui est calculé comme écrit à partir de l’image squelettée, mais peut être considéré comme représentant la zone physique de l’image entière.

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Representative Results

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

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

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Discussion

La méthodologie que vient de décrire est le protocole complet d’une expérience de provocation respiratoire au gaz qui permet de mesurer le RVR d’un sujet dans un environnement contrôlé à des délais spécifiques sans modification du dispositif d’imagerie OCTA et un minimum d’inconfort ou de risque pour le sujet. Cette configuration est décrite d’une manière qui permet des modifications faciles pour répondre aux besoins du chercheur. Il peut accueillir des tubes supplémentaires pour s’adapter à différentes salles de clinique et certains éléments tels que la tubulure interne ou l’articulation du coude peuvent être omis ou remplacés par d’autres composants. La figure 1 montre comment les parties clés de la configuration — l’unité de contrôle de l’air, l’unité de non-réfrigération et l’unité des dispositifs de sujet et d’imagerie — interagissent les unes avec les autres dans une connexion simple. Les mélanges de gaz peuvent être facilement contrôlés en utilisant le sac Douglas comme réservoir. En outre, des moniteurs supplémentaires peuvent être ajoutés à plusieurs points de la configuration. Par exemple, l’articulation du coude contient un port d’échantillonnage facultatif qui peut être utilisé pour mesurer les gaz dans l’expiration du sujet, comme le CO2 du col de marée final, pour une caractérisation plus précise de l’état de la respiration du sujet. La force de cet appareil non-rebreathing réside dans son adaptabilité aux conditions cliniques et aux exigences des chercheurs. Bien que l’imagerie OCTA soit utilisée, d’autres modalités d’imagerie pourraient vraisemblablement être mises en œuvre avec cette configuration de gaz.

L’ordre d’exposition aux gaz pendant les essais peut être important de ne pas biaiser les mesures de réactivité. Des études menées par Tayyari et coll.24 ont suggéré qu’un état vasoconstrictif des vaisseaux rétiniens persistait après la conclusion d’un défi de gaz hyperoxique et pourrait avoir un impact sur l’évaluation hypercapnique de RVR. Cependant, d’autres ont montré l’oxygénation rétinienne du vaisseau27 et le diamètre rétinien du vaisseau16 tous deux retournent à la ligne de base dans un délai de 2,5 min après l’arrêt de la respiration hyperoxique. La durée de la provocation au gaz est également importante. Des travaux antérieurs ont montré que la vasoconstriction est mesurable après 1 min d’exposition hyperoxique et que presque toute la vasoconstriction s’est produite après 4-5 min de début. Les diamètres des navires resteront alors stables avec une exposition à l’oxygène pendant au moins 20 min28. Dans le cas de la provocation du gaz hypercapnique, des effets de pointe sur les diamètres artériels et veineux des vaisseaux rétiniens ont été observés après 3 min d’exposition à 5% de dioxyde de carbone conditions4. La méthode proposée est que cette étude commence l’imagerie après 1 min de gaz non-rebreathing parce que l’effet de l’hypercapnie sur la réactivité vasculaire cérébrale s’est avéré être équivalent à 1 et 4 min, réduisant ainsi le temps nécessaire pour l’imagerie et l’inconfort patient de manière significative29.

En utilisant un embout buccal avec un clip nasal, cette configuration peut améliorer ces expériences à l’aide d’un masque à gaz. Des études antérieures induisant des conditions hyperoxiques à l’aide d’un embout buccal ont noté une augmentation moyenne de la concentration d’oxygène dans le sang des artérioles rétiniens de 2 %15 comparativement à une augmentation de 5 %de 30 lors de l’utilisation d’un masque. Cependant, en ajoutant un clip nasal, cette méthode devrait réduire le potentiel pour les sujets d’inspirer n’importe quelle quantité d’air par leur nez comme cela a pu se produire dans cette étude précédente. Le risque d’erreur dans la configuration doit être équilibré avec le confort du patient et les complications supplémentaires du port d’un masque facial lors de l’utilisation d’un système OCTA non modifié. Il s’agit notamment de faire de l’espace pour le masque à l’OCTA31 et le potentiel d’échange de gaz et de mélange dans le grand espace occupé par le masque lui-même32. Une préoccupation concernant la configuration de l’embout buccal est le potentiel d’effets vasoconstrictifs composés sur le RVR en raison des changements dans la pression partielle du CO2 (PCO2) lors de l’induction de l’hyperoxie33. L’appareil respiratoire peut être modifié pour contrôler cet effet confondant en maintenant une pression partielle constante de la marée de fin de dioxyde de carbone avec un circuit de rebreathing séquentiel33,34.

Pendant l’essai, les patients peuvent se sentir essoufflés lorsqu’ils respirent à travers le circuit du tube, même s’ils oxygénent bien. Cette sensation est potentiellement due à la résistance accrue au flux de gaz lors de la respiration par le tuyau. Plusieurs mesures peuvent être prises pour s’assurer que le sujet ne devient pas déconcerté ou alarmé. Tout d’abord, il est important de réduire au minimum la longueur de l’espace mort entre la bouche du sujet et la valve bidirectionnel non respirante pour minimiser le rebreathing du gaz. Même avec un segment très court, les sujets peuvent encore «sentir» comme la respiration est plus difficile. Par conséquent, il est important que le sujet respire à travers l’appareil de non-rebreathing de gaz avant le début de toute collecte de données pour familiariser le sujet avec la configuration. L’examinateur doit rappeler au sujet de respirer lentement et profondément, de surveiller de près les lectures d’oxymétrie des impulsions et d’informer le sujet de ses résultats pour se rassurer. Aussi, assurez-vous que le sujet peut s’asseoir confortablement et reposer leur tête facilement sur l’appuie-tête OCTA pendant que l’embout buccal est inséré. Il s’agit de diriger le tube embouteil à travers et autour du chinrest OCTA de sorte que le sujet n’a pas besoin de mordre vers le bas avec force pour le garder dans leur bouche. Rappelez au sujet de maintenir le regard sur la cible de fixation et de limiter les actions qui entraînent un mouvement des yeux ou de la tête, y compris la parole, car ceux-ci peuvent introduire des artefacts de mouvement dans les scans OCTA. Le sujet devrait être encouragé à se retirer de l’expérience si l’inconfort de participer à l’étude va au-delà du minimum le plus barest.

Hypercapnia et hyperoxie ne devraient pas avoir un effet significatif sur la pression artérielle moyenne à l’ampleur et la durée de la variation de gaz vu dans cette étude en particulier dans les sujets odieux normal35,36. Cependant, la mesure de la pression artérielle pendant les provocations de respiration de gaz peut être utile si la procédure de mesure elle-même ne confond pas l’étude ou n’augmente pas l’inquiétude du sujet pendant l’essai. Si les stimuli préférés pour évaluer le RVR est d’augmenter la pression artérielle moyenne, d’autres méthodes telles que le test de poignée de main37,38,39 ou test de presse à froid40, qui peut augmenter plus directement et efficacement la pression artérielle d’un sujet, peut être considérée.

OCTA permet une bonne reproductibilité intravisitible et intervisitible chez les patients en bonne santé et ceux avec la rétinopathie avec la plupart des coefficients de variation pour la densité des navires moins de 6%41,42. Dans une population patiente d’intérêt, comme celle des patients diabétiques, le coefficient d’intersession de la variabilité pour la densité des vaisseaux est resté inférieur à 6%, même à un intervalle d’un mois43. Ainsi, cette méthode pourrait être utilisée pour suivre les changements longitudinals dans RVR. Pendant les suivis longitudinals, cependant, il sera important de garder une trace des confusions potentielles à l’évaluation rétinienne de réactivité vasculaire telle que la prise de café44. Il peut également être nécessaire d’être sensible à la variation diurne qui peut avoir un impact sur la réactivité en fonction de l’état et la couche rétinienne à l’étude45,46,47.

Malgré l’applicabilité générale de la méthode, quelques facteurs doivent être pris en considération lors du recrutement des patients. Bien que cette procédure de non-rebreathing n’utilise pas un mélange de gaz hypoxique, la résistance accrue à la respiration par le tube pourrait poser des risques supplémentaires pour ceux qui ont déjà des maladies pulmonaires obstructives, y compris l’asthme et la maladie pulmonaire obstructive chronique. Pour les sujets, y compris ceux qui ont des maladies cardiaques, dans lesquels l’essoufflement est déjà une préoccupation, leur participation à l’étude devrait faire l’objet d’un examen plus approfondi. Dans le cas de maladies vasculaires plus courantes, y compris l’hypertension et le diabète, des tests de défi de gaz ont été effectués avec des compositions de gaz similaires dans ces populations de patients dans plusieurs études8,9,48,et plus récemment avec la méthode décrite2, et il n’y a eu aucun rapport d’événements indésirables dans ces articles.

En outre, bien que les images OCTA contiennent des informations importantes sur la fonction de la rétine et de nombreux paramètres peuvent être calculés pour quantifier la morphologie du lit capillaire49,50,comme avec de nombreuses autres technologies d’imagerie, des limitations dans l’interprétation des scans OCTA existent. Les défauts d’imagerie, y compris les artefacts de déplacement, les artefacts de mouvement et les artefacts de projection50 peuvent affecter la qualité d’imagerie. OCTA s’appuie sur le flux pour détecter le signal sans visualiser l’endothélium ou la paroi vasculaire. En conséquence, les mesures de l’OCTA impliquent des indices représentatifs des propriétés vasculaires intrinsèques, mais qui peuvent ne pas être des représentations parfaites de la microvasculature. Les comparaisons avec l’histologie ont montré que la densité réelle de la vascularisation rétinienne peut être plus grande que évaluée avec OCTA51. En outre, les changements temporels dans le flux dans les microvéssels de moins de 10 à 15 m peuvent causer des variations dans l’intensité de l’image OCTA entre les scans23. Ceci est suspecté d’être dû à des débits inférieurs à une vitesse détectable minimale.

Pour conclure, la commodité de la configuration de l’échange de gaz, le faible coût des matériaux et la capacité de la méthode à appliquer à une grande variété de dispositifs d’imagerie ophtalmique signifient qu’elle restera pertinente pour l’imagerie rétinienne, en particulier avec les systèmes OCTA. En stimulant à la fois une réponse positive et négative RVR, cette configuration peut également être utilisée pour sonder la physiologie des maladies vasculaires rétinienne ainsi que les limites des systèmes OCTA eux-mêmes en visualisant les vaisseaux qui échappent à la détection en utilisant la technologie actuelle, mais sont apparentes avec une stimulation supplémentaire.

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Disclosures

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

Acknowledgments

Ce travail a été soutenu par NIH K08EY027006, R01EY030564, UH3NS100614, Subventions de recherche de Carl Zeiss Meditec Inc (Dublin, CA) et Sans restriction Department Funding from Research to Prevent Blindness (New York, 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

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Neurosciences Numéro 157 OCTA Réactivité vasculaire Rétine Hypercapnia Hyperoxie Humains Vaisseaux rétiniens/pathologie Tomographie Cohérence optique
Réactivité vasculaire rétinienne évaluée par l’angiographie de la tomographie de la cohérence optique
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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).

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