Un abonnement à JoVE est nécessaire pour voir ce contenu. Connectez-vous ou commencez votre essai gratuit.
Method Article
La rétine des similitudes importantes avec le cerveau et représente donc une fenêtre unique pour étudier la vascularisation et la structure neuronale dans le cerveau non invasive. Ce protocole décrit une méthode pour étudier la démence à l’aide de techniques d’imagerie rétiniennes. Cette méthode peut potentiellement aider au diagnostic et évaluation des risques de démence.
La rétine offre un « guichet » unique pour étudier les processus physiopathologiques de démence dans le cerveau, car c’est une extension du système nerveux central (CNS) et partage des similitudes avec le cerveau en ce qui concerne l’origine embryologique, caractéristiques anatomiques et propriétés physiologiques. La structure neuronale et vasculaire de la rétine peut maintenant être rétinienne facilement visualisée et non invasive utilisant techniques d’imagerie, y compris la photographie du fond de œil et la tomographie par cohérence optique (OCT) et quantifié semi-automatiquement programmes d’analyse assistée par ordinateur. Étudier les associations entre les modifications vasculaires et neurones dans la rétine et la démence puisse améliorer notre compréhension de la démence et potentiellement, l’aide au diagnostic et évaluation des risques. Ce protocole vise à décrire une méthode de quantification et analyse de la vascularisation rétinienne et structure neuronale, qui sont potentiellement associés à la démence. Ce protocole a également fournit des exemples de modifications rétiniennes chez les sujets atteints de démence et traite de questions techniques et les limites actuelles de l’imagerie rétinienne.
En raison de l’augmentation de l’espérance de vie, démence est devenue un problème médical majeur, contribuant à sociale importante et santé économique charge globalement1,2,3,4,5. Aujourd'hui, une personne aux Etats-Unis développe la maladie d’Alzheimer (ma), la forme la plus courante de démence, chaque 66 s6. On estime que d’ici à 2050, 115 millions de personnes seront touchés par AD7.
La rétine offre un « guichet » unique pour étudier la démence due à ses propriétés anatomiques et physiologiques similaires avec le cerveau. En ce qui concerne le système vasculaire, la rétiniens artérioles et les veinules, mesurant 100 à 300 µm de diamètre, partagent des caractéristiques similaires avec des vaisseaux cérébraux petits, tels que les artérioles fin sans anastomoses, fonction de barrière et autorégulation8, 9. en termes de structure neuronale, les cellules ganglionnaires rétiniennes (CGR) ont des propriétés typiques avec les neurones dans le système nerveux central (CNS) 10. Les CGR sont connectés en bonne place avec le cerveau car ils forment les nerf optique et projet signaux visuels de la rétine pour le noyau géniculé latéral et le colliculus supérieur. Le nerf optique, similaire aux nombreuses fibres neuronales dans le SNC, est myélinisés par les oligodendrocytes et entourées en couches méningés. Notamment, une insulte pour le nerf optique peut entraîner dans des réponses similaires observées dans les autres axones CNS, comme rétrograde et la dégénérescence de l’axone, la formation de cicatrices, destruction de la myéline, dégénérescence secondaire et un niveau anormal de neurotrophiques antérograde facteurs et les neurotransmetteurs11,12,13,14. L’apparition de symptômes visuels chez certains patients AD peut aussi s’expliquer par les associations robustes entre la rétine et le cerveau15,16. En conséquence, il a été suggéré que la rétine peut refléter les processus pathologiques de démence dans le cerveau et l’imagerie rétinienne peut être utilisé pour étudier la démence.
Le système vasculaire rétinien et la structure neuronale peuvent maintenant être visualisées non invasive à l’aide de techniques d’imagerie rétiniennes. Par exemple, les photographies du fond d’oeil rétine peuvent être capturées à l’aide de caméras du fond de œil, et caractéristiques de la vascularisation rétinienne (par exemple, selon la dimension fractale, tortuosité et calibre de navire) peuvent ensuite être quantifiés en utilisant l’analyse assistée par ordinateur programmes. En outre, les paramètres de la structure neuronale rétinienne (tels que l’épaisseur de la couche plexiforme de cellule-inner ganglion [GC-IPL] et de la couche des fibres nerveuses rétiniennes [CFNR]) peuvent également être mesurées à l’aide de la tomographie en cohérence optique (OCT) et quantifiées à l’aide de la fonction intégrée algorithmes d’analyse.
Compte tenu de l’importance de l’imagerie rétinienne à l’étude de démence, ce protocole vise à décrire une méthode d’imagerie et d’analyse de système vasculaire rétinien et structure neuronale in vivo à l’aide de techniques d’imagerie rétiniennes. Ce protocole a également fournit des exemples de modifications rétiniennes chez les sujets atteints de démence et traite de questions techniques et les limites actuelles de l’imagerie rétinienne.
toutes les méthodes décrites ici ont été approuvés par un Comité d’éthique de la recherche clinique locale à Hong Kong.
Remarque : pour plus de simplicité, les équipements énumérés dans la Table des matières sont utilisé pour illustrer les procédures d’imagerie rétinienne et l’analyse ultérieure. Mesure des paramètres vasculaires rétiniennes est illustrée à l’aide de l’évaluation du navire à Singapour I programme (SIVA) 17 (Version 4.0, National University of Singapore, Singapour). Toutefois, il convient de noter qu’un autre ensemble d’équipement pourra être adopté comme principes fondamentaux demeurent semblables.
1. préparer les sujets d’imagerie rétinienne
2. Mesurer les paramètres vasculaires rétiniennes de Fundus photographies utilisant un programme d’analyse assistée par ordinateur
Figure 1 : Schéma montrant les procédures de mesure des paramètres vasculaires rétiniennes. Photos de fond d’oeil optic-disque-centré (A) obtenir à l’aide d’une caméra de fond d’oeil. figure 1 a et 2 a de la Figure sont deux photographies du fond de œil avec une qualité optimale. (B) télécharger les photographies du fond de œil sur le serveur basé sur un nuage et entrer dans le détail de l’étude pertinente, y compris le facteur de conversion de l’image (ICF). Autres programmes d’analyse assistée par ordinateur peuvent utiliser des méthodes non-nuage d’organiser et de stocker les images. (C) ouvrir la photographie du fond de œil dans le programme d’analyse assistée par ordinateur. (D) marque l’emplacement du centre du disque optique et (E) invite le logiciel automatiquement détecter le bord du disque optique et placer une grille de mesure. (F) construction tracés navire basé sur les chemins du navire et poser le navire couvre afin d’estimer le diamètre des vaisseaux. Adjust (G) les tracés de navire incorrect et navire couvre manuellement. (H) mesure un spectre des paramètres vasculaires rétiniennes, y compris les calibres de navire, tortuosité, dimension fractale et la bifurcation. Étape (D) à étapes (F) et (H) peut être réalisée automatiquement par des programmes d’analyse assistée par ordinateur. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
figure 2 : photographies du fond de œil avec une qualité optimale et sous-optimaux. La qualité de l’image d’une photographie du fond de œil doit être vérifiée immédiatement après l’acquisition d’images, comme la qualité de l’image affecte directement la mesure subséquente des paramètres vasculaires rétiniennes. L’image devrait être rejetée si l’un de ces objets est observé. Ces images ont été capturées à l’aide d’une caméra de fond d’oeil de 50°. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
figure 3 : calculer le facteur de conversion de l’image (ICF). Pour calculer l’ICF, sélectionner au hasard un échantillon de 10 % d’images de l’étude (étape 1). Ensuite, mesurer la hauteur des disques optiques (en pixels) à partir des images échantillonnées (étape 2). Calculer le pare-feu de connexion Internet en utilisant la formule : ICF = 1800 µm / (hauteur en pixels des disques optiques des images échantillonnées en moyenne), où 1800 µm est approximativement la hauteur d’un disque optique normale (étape 3). Résolution image et de l’effet de grossissement sont différentes de la caméra à la caméra, il est nécessaire de calculer un CIF précis pour chaque caméra utilisée. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
figure 4 : erreurs courantes de l’auto-traçage. Le traçage automatique bateau n’est pas tout à fait exact et ajustements manuels sont nécessaires pour assurer la précision de mesure. Cette figure montre les erreurs courantes de l’auto-traçage et démontre des résultats optimaux après ajustements manuels. (A), le centre du disque optique est incorrectement marqué et cela a conduit à l’écart de la grille de mesure, susceptible d’affecter les mesures ultérieures. Idéalement, le cercle intérieur de la grille de mesure devrait décrire la jante disque optique. Traçage de navire incomplète (B) pourrait conduire à des mesures erronées de dimension fractale, tortuosité, etc., que le chemin d’accès du navire doit être tracé jusqu'à la fin du navire. Si la partie distale du navire se situe en dehors de la grille de mesure, le traçage peut être arrêté sur le cercle blanc ultrapériphérique. (C) navire tracés sur les sites de liaison sont soumis à une tendance plue d’erreur et nécessitent donc une attention particulière. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
figure 5 : navire Incorrect couvre. Cette figure montre des exemples de couvertures de navire incorrect qui devraient être désactivés et exclus de la mesure. Housses de bateau doivent être désactivées si elles ne sont pas perpendiculaires aux navires (A). En outre, housses de bateau doivent également être désactivés si le bateau que vous souhaitez repérer est caché sous un autre vaisseau (B), ou les couvertures de navire ne peut pas représenter la largeur approximative du navire (C). s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
figure 6 : Quantification du système vasculaire rétinien. (A) Zone B (défini comme 0,5 à 1,0 diamètres loin de la marge de disque de disque) est utilisé pour mesurer les calibres de navire de la zone B selon le risque de l’athérosclérose dans l’étude des communautés. Zone C (défini comme 0,5 et 2,0 diamètres loin de la marge de disque de disque) est utilisé pour mesurer les calibres de navire de zone C et un éventail de paramètres de réseau vasculaire rétinienne (par exemple, tortuosité, dimension fractale et bifurcation). (B) housses de bateau sont des lignes de mesure utilisées pour estimer les calibres des vaisseaux rétiniens (ou diamètres). Housses de bateau incorrect exclure manuellement de la mesure. (C) pour tous les navires qui ont leur première bifurcation au sein de la zone C, le programme automatiquement les mesures des angles de ramification (θ) de la première bifurcation. En outre, le coefficient de ramification est également calculé selon la formule suivante : coefficient de branchement = (d 1 2 + d 2 2) /d 0 2, où d 0 est le calibre du tronc et d 1 et d 2 sont les calibres de branche. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
3. évaluer l’épaisseur du GC-IPL et CFNR
figure 7 : Schéma montrant les procédures de mesure épaisseur CFNR et GC-IPL. Tomographie par cohérence optique (OCT) peut être utilisé pour mesurer les épaisseurs de la couche plexiforme de la cellule-intérieur de ganglion (GC-IPL) et la couche des fibres nerveuses rétiniennes (CFNR). (A, B) Mesurer les épaisseurs de GC-IPL et CFNR à l’aide de la fonction intégrée “ maculaire cube ” et “ cube disque optique ” respectivement, des protocoles d’analyse. (C, D) Vérifier la qualité de l’image immédiatement après l’acquisition d’images. Jeter l’image et répétez l’analyse si le signal est inférieur à 6, ou artefacts de mouvement sont détectés. (E, F) Puis, invite le programme d’analyse intégré pour analyser le résultat du scan et générer un rapport d’interprétation automatiquement. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
figure 8 : résultats sous-optimaux de tomographie par cohérence optique. Résultats sous-optimaux communs de la tomographie à cohérence optique (OCT) incluent la puissance du signal faible (A) (valeur de la puissance < 6) et des artefacts de mouvement (B). La qualité de la numérisation devrait être examinée immédiatement après l’acquisition d’images et l’analyse doit être répété si ces objets sont rencontrées. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
figure 9 : couches rétiniennes utilisées pour la évaluation de la structure neuronale rétinienne. La couche des fibres nerveuses rétiniennes (CFNR) est mesurée à l’aide de l’algorithme (ONH) tête de nerf optique, tandis que la couche plexiforme de ganglion cell-interne est mesurée à l’aide de l’algorithme d’analyse (GCA) de cellules ganglionnaires. L’algorithme ONH des segments de la frontière intérieure et extérieure de la CFNR pour mesurer l’épaisseur de la CFNR. L’algorithme de GCA détecte la frontière extérieure de la couche des fibres nerveuses rétiniennes (CFNR) et la couche plexiforme interne (IPL) pour obtenir l’épaisseur combinée de la couche des cellules ganglionnaires (GCL) et l’IPL. Les épaisseurs de GCL et l’IPL sont mesurées ensemble, comme la limite entre GCL et IPL est anatomiquement indistincte. Cependant, l’épaisseur combinée de GCL et IPL (c.-à-d. GC-IPL) est toujours révélateur de la santé des CGR. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette Figure.
Figure 10 : Un exemple pour montrer les différences dans le système vasculaire rétinien entre un sujet normal et un sujet AD. Par rapport à ce qui est normal, photographie du fond de œil du sujet AD a montré des calibres de navire plus étroits (CRAE de Zone B, 116,4 µm vs 156,4 µm ; CRVE de la Zone B, 186,9 µm contre 207,5 µm?...
Ce protocole décrit les procédures de quantification des modifications neuronales et vasculaires dans la rétine en vivo. Comme la rétine partage semblables origines embryologiques, anatomiques caractéristiques et propriétés physiologiques avec le cerveau, ces modifications rétiniennes peuvent refléter des changements similaires de vascularisation et de la structure neuronale dans le cerveau.
Comme le montre la Figure 10 et tableau 1
Nous tenons à exprimer notre reconnaissance à l’école d’informatique, Université nationale de Singapour pour le support technique.
Au sujet d’éventuels liens financiers, l’auteur Tien Y. Wong est le co-inventeur du programme Singapore I navire évaluation (SIVA) utilisé dans cet article.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Non-mydriatic Retinal Camera | Topcon, Inc, Tokyo, Japan | TRC 50DX | N/A |
Singapore I Vessel Assessment Program | National University of Singapore | Version 4.0 | N/A |
CIRRUS HD-OCT | Carl Zeiss Meditec, Inc, Dublin, CA | Model 4000 | N/A |
Mydriatic Agents | N/A | N/A | Prepared from 1% tropicamide and 2.5% phenylephrine hydrochloride |
Demande d’autorisation pour utiliser le texte ou les figures de cet article JoVE
Demande d’autorisationThis article has been published
Video Coming Soon