Abstract

Fundo

Radiation retinopatia é uma possível complicação pós-tratamento de radioterapia. O mecanismo fisiopatológico é a hipótese de ser microvascular na origem, mas a evidência é limitada. Em um esforço para estudar a oxigenação da retina desses pacientes, nós aqui avaliar a repetibilidade e variabilidade das medidas de oximetria da retina em pacientes que haviam recebido anteriormente radiação e fazer comparações a uma coorte de indivíduos não irradiados.

Métodos

Usando oximetria de retina, uma modalidade de imagem não-invasiva, foi realizada

in vivo

medições da arteríola (São

2) e venule SO

2 (SVO

2) em indivíduos ( n = 9, 18 retinas) que receberam radiação incidental em suas retinas (≥ 45 Gy para um retina) e em indivíduos saudáveis ​​(n = 20, 40 retinas). Um total de 1367 SO

2 observações sobre 593 navios em 29 pessoas foram analisados ​​para avaliar três fontes de variação no vaso SO

2: 1) variância em medições repetidas do mesmo navio ( “repetibilidade”), 2) variância em diferentes vasos dentro do mesmo assunto ( “intra-sujeito variabilidade”), e 3) variação entre indivíduos ( “entre sujeitos variabilidade”).

Resultados

medidas de oximetria da retina foram altamente repetível em ambos os pacientes irradiados e assuntos não irradiados. A variabilidade intra-sujeito da SvO

2 e São

2 medições constituiu a maior componente da variância nos dois grupos e foi significativamente maior em vênulas vs. arteríolas (tamanho efeito relativo de 1,8, p 0,001) e em indivíduos irradiados contra indivíduos não irradiados (tamanho relativo efeito de 1,6, P 0,001).

Conclusões

oximetria de retina é uma tecnologia altamente repetível e pode ser confiavelmente utilizado para estudar a oxigenação vascular em indivíduos irradiados. Diferentes vasos dentro do mesmo assunto exibem um alto grau de variabilidade, sugerindo que análises agrupadas de múltiplos vasos são mais susceptíveis de ser informativo da oxigenação da retina regional. Finalmente, os indivíduos irradiados exibiram significativamente maior variabilidade intra-sujeito no SO

2 medições, o que sugere que a radiação pode causar alterações regionais no fornecimento de oxigênio na retina e /ou metabolismo

Citation:. Higginson DS, Sahgal A, Lawrence MV, Moyer S, Stefanescu H, Willson AK, et ai. (2013) por feixe externo radioterapia para câncer de cabeça e pescoço é associada com aumento da variabilidade na retina Vascular oxigenação. PLoS ONE 8 (8): e69657. doi: 10.1371 /journal.pone.0069657

editor: Gayle E. Woloschak, Northwestern University Feinberg School of Medicine, Estados Unidos da América

Recebido: 15 Março, 2013; Aceito: 11 de junho de 2013; Publicação: 06 de agosto de 2013

Direitos de autor: © 2013 Higginson et al. Este é um artigo de acesso aberto distribuído sob os termos da Licença Creative Commons Attribution, que permite uso irrestrito, distribuição e reprodução em qualquer meio, desde que o autor original ea fonte sejam creditados

Financiamento:. Este trabalho foi apoiado pelo Centro Nacional de investigação Recursos (UL1RR025747 para BSC); RSNA Research residente Grant (a DSH); e um irrestrita (oftalmologia) concessão do departamento de Pesquisa para prevenir a cegueira. O conteúdo é da exclusiva responsabilidade dos autores e não representam necessariamente a posição oficial do Centro Nacional de Pesquisa de Recursos ou o National Institutes of Health. Os financiadores não tiveram nenhum papel no desenho do estudo, coleta de dados e análise, decisão de publicar ou preparação do manuscrito

CONFLITO DE INTERESSES:.. Os autores declararam que não existem interesses conflitantes

Introdução

a radioterapia é uma importante modalidade de tratamento para tumores da região nasossinusal, nasofaringe e cérebro. Muitas vezes, a retina é inevitavelmente e, incidentalmente, irradiado. Radiação retinopatia é uma potencial complicação a longo prazo, particularmente quando a retina recebe doses superiores a 45 Gy [1] – alterações vasculares precoces [5]

estudos observacionais de série, utilizando angiofluoresceinografia e retinografia, têm demonstrado. tais como microaneurismas, obliteração capilar, e telangiectasias, seguida por formação de exsudado, o edema macular, neovascularização e em alguns casos [6] – [8].

Uma hipótese para o mecanismo que conduz a retinopatia de radiação é a lesão microvascular, o que resulta em hipoxia da retina, a perda de células neuronais, e em última análise, deficiência visual, análoga à retinopatia diabética [6], [9], [10]. A evidência direta de isquemia ou de oxigenação alterações na retina após retinopatia radiação é limitada. Especificamente

observações in vivo

de alterações precoces na fisiologia oxigenação da retina não são conhecidos.

oximetria de retina é um emergente modalidade de imagem da retina não-invasivo para medir

in vivo

mudanças na saturação de oxigênio dos vasos da retina (SO

2). Os aspectos técnicos da oximetria da retina foram anteriormente descritos na literatura [11] – [13]. medidas de oximetria da retina espectrofotometria de saturação de oxigênio intravascular através do emprego de diferenças nas características de absorção de luz entre hemoglobina oxigenada e desoxigenada. arterial da retina (São

2) e saturação de oxigenação venular (SVO

2) pode ser exibido em imagens de câmera fundus convencionais por mapeamento de cores de SO

2 valores ao longo do comprimento dos navios seleccionados, proporcionando medidas qualitativas e quantitativas de oxigenação vascular da retina regional.

O método foi previamente mostrado como reprodutível e sensível a alterações na concentração de O2 do gás inspirado [13]. indivíduos diabéticos com retinopatia foram avaliadas com a oximetria da retina e aumentos em SvO2 e diminui em SaO

2-SVO

2 diferenças (isto é, a extracção de oxigénio) foram observados em proporção com a gravidade da retinopatia [14], [15 ]. Tem sido usada para investigar a patofisiologia de distúrbios da retina hipótese de ser vascular na etiologia ou relacionados com a oxigenação, tal como o glaucoma de ângulo aberto, a retinopatia diabética, defeitos cardíacos cianose, e oclusão da artéria central da retina [14] – [18].

Nossa hipótese é que as medições de oximetria da retina são reproduzíveis em retinas irradiados e radiação causa mudanças na oxigenação da retina que são detectáveis ​​com oxímetro de retina. Para estudar esta hipótese foi realizada oximetria de retina em pacientes que aliás receberam altas doses de radiação ( 45 Gy) às suas retinas para tumores perto dos olhos (coorte irradiados) e em indivíduos normais (não-irradiado coorte). Foi avaliada a reprodutibilidade da oximetria de retina e da variabilidade da oxigenação da retina. Foram analisados ​​três componentes de variância utilizando um modelo de efeitos aleatórios: 1) variação entre medições repetidas da mesma embarcação ( “repetibilidade”), 2) variação entre diferentes vasos dentro do mesmo assunto ( “intra-sujeito variabilidade”), e 3) variação entre indivíduos ( “entre sujeitos variabilidade”). Consideramos potenciais fatores que podem influenciar os componentes do modelo de variância, incluindo comprimento do navio e largura, tipo de navio (arteríolas vs. venule) e coorte (irradiados indivíduos contra indivíduos não irradiados).

Métodos

Assunto Seleção

Todos os sujeitos analisados ​​foram inscritos em um dos dois protocolos aprovados por um conselho de revisão institucional da Universidade da Carolina do Norte (UNC) Lineberger Comprehensive Cancer Center. “. As mudanças na extração de oxigênio Retinal Regional e função após a radioterapia” Os indivíduos irradiados (N = 9) foram inscritos nas LCCC 1019 Os principais critérios de inclusão para este estudo foram: 1) 18 anos de idade e 2) indivíduos que receberam uma dose média de 45 Gy a, pelo menos, um quadrante de uma retina. Indivíduos com doença recorrente /persistente ou indivíduos com co-morbidades de confusão (por exemplo, diabetes, glaucoma) foram excluídos. Os sujeitos não irradiados (n = 20) foram incluídos em um estudo interno projetado para adquirir dados normativos em indivíduos saudáveis ​​(LCCC 10-2175).

Dosimetria de Radiação para o irradiado coorte

Os indivíduos foram simulados para o planejamento de tratamento de radiação com um elenco cabeça Aquaplast para imobilização e um scanner Big Bore 100 kV CT com corte axial 3mm. planos de radiação foram formuladas com o PlanUNC (PLUNC) sistema de planejamento de tratamento (UNC, Chapel Hill). Para calcular as doses da retina, cada globo foi manualmente com contornos e o volume retina foi definido como o espaço entre a periferia do globo e ± 5 mm contração concêntrica deste volume. O volume% da retina receber 45 Gy eo máximo e doses médias para cada retina foram calculados. Todos os sujeitos no grupo irradiado foram tratados com radioterapia de intensidade modulada (IMRT), que cria distribuições de dose de radiação altamente conformáveis ​​com gradientes de dose íngreme permitindo poupar do aparelho óptico. É uma prática padrão para poupar ao máximo uma retina de altas doses de radiação. No entanto, a retina adjacente ao tumor pode receber inevitavelmente 45 Gy. O gradiente de dose íngreme criado por IMRT significa que, normalmente, apenas a parte medial uma retina recebeu ≥45 Gy, podendo levar a efeitos geograficamente variadas na retina no mesmo assunto.

Visual Acuity

acuidade visual dos indivíduos irradiados foi medida utilizando um ESV-3000 ETDRS dispositivo de teste com padronizados iluminação traseira colocada 4 metros na frente do assunto [19]. olhos direito e esquerdo foram avaliados separadamente com pupilas não dilatadas. Os indivíduos do grupo controle foram avaliados através de Snellen de acuidade visual. Os indivíduos foram divididos em grupos de acordo com seu olho com o pior acuidade (normal: 20/25 ou melhor, quase normal: 20 /32-20 /63; moderada ou pior: 20/80). [20]

Retinal Oximetria

Todas as imagens foram adquiridas por fotógrafos da retina formados usando o Retinal Oxímetro Oxymap (Reykjavik, Islândia) montado em uma câmara de fundo Topcon TRC50-VT (Topcon Co, Tóquio, Japão). Para cada assunto, as imagens foram centradas no disco óptico com um campo de 50 graus de visão. Antes da captura de imagem, alunos dos sujeitos estavam dilatadas com tropicamida (1%) e cloridrato de fenilefrina (2,5%) colírios. Todos os dados de oximetria foi obtida com as condições de iluminação idênticas (porta fechada, luzes apagadas). Para cada imagem, do disco óptico foi centrada e foi obtido um campo de visão de 50 °. O olhar dos sujeitos foi dirigido para a frente para minimizar o ângulo de gaze dependente de efeitos [21]. O sensor na câmara de imagem é de 1600 × 1200 pixels.

A relação entre a absorção e os parâmetros usando calibração SO

2 foi definida fornecida pelo Oxymap (SO

2 = -0,953 * ODR 1,16, ODR = taxa de densidade óptica). As medições de absorvância são obtidos em dois comprimentos de onda: 570 nm e 600 nm. Um pixel de largura mínima de 8 foi escolhido como limiar para análise tal como recomendado pelo Oxymap (comunicação pessoal). Todos os navios acima do limiar de 8 pixels foram incluídos na análise.

Um SO

2 valor para um determinado navio (arteríolas, São

2 e venule, SvO

2) representa um média ponderada de SO

2 ao longo do comprimento de um navio. Os vasos foram analisados ​​a partir da extremidade do disco óptico para a periferia da imagem captada. Onde dois vasos cruzado, foi usada uma pequena área 4/3 de pixel de exclusão, por recomendações Oxymap. Todos os ramos de uma embarcação analisados ​​foram incluídos na média ponderada, desde que eram maiores do que 8 pixels de diâmetro.

Para os primeiros cinco indivíduos em cada coorte (grupo irradiado e grupo controle não irradiado), cinco imagens repetidas de oximetria foram capturados dentro de poucos minutos um do outro. Cada recipiente foi analisada em cada um dos cinco imagens repetidas de oximetria e comparada para a análise de repetibilidade. Após uma análise interina foi feito e alta repetibilidade para ambos os grupos irradiados e não irradiados foi encontrado, apenas uma imagem foi analisada por temas 6-9 (coorte irradiados) e 6-20 (grupo de controlo) para uso nas restantes componentes de análise de variância .

Estatísticas

componentes a do modelo de variância foi utilizada para permitir a modelagem dos três níveis de variação: 1) variação entre medições repetidas da mesma embarcação ( “repetibilidade”), 2) variância entre os diferentes vasos dentro do mesmo assunto ( “intra-sujeito variabilidade”), e 3) variação entre indivíduos ( “variabilidade entre sujeitos”). Cada um dos três componentes de variância foi modelada como uma regressão log-linear sobre covariáveis. Foram obtidas estimativas de máxima verossimilhança, e os testes de razão de verossimilhança foram utilizados para calcular os valores de p. Os erros padrão foram baseadas na matriz de informação de Fisher. A análise foi realizada em R, versão 2.14. Um total de 1367 SO

2 observações sobre 593 navios em 29 indivíduos foram analisados ​​e ajuste ao modelo.

Resultados

Características Assunto

Nine irradiado e 20 unirradiated indivíduos foram submetidos a oximetria da retina (Tabela 1). Havia mais homens e mais fumantes pesados ​​na coorte irradiado, mas as diferenças não foram significativas pelo teste exato de Fisher (p = 0,40 e 0,57, respectivamente). Nenhum dos indivíduos exibiram déficits severos de ETDRS teste da acuidade visual, sugerindo que o SO

2 medições na coorte irradiados foram obtidos antes da retinopatia clinicamente sintomática e quaisquer alterações observadas na oxigenação da retina representaria primeiras alterações subclínicas (Tabela 1). Entre os indivíduos irradiados, a dose média para a retina variou 9,1-54,0 Gy (ver Tabela 2). Cada indivíduo no grupo irradiado receberam ≥45 Gy a uma parcela significativa de pelo menos um retina (variação de 19,5 a 94,0%).

Influência da Vessel Largura e comprimento no SO

2 Valores

o primeiro avaliou se SO

2 medições de um determinado navio (São

2 e SvO

2) foi influenciado pelo comprimento ou a largura do navio, o que pode variam anatomicamente. SaO

2 não se correlacionam com qualquer comprimento ou largura da embarcação. Como visto anteriormente [22]. SvO

2 medições variou linearmente com a largura do navio em ambos os grupos irradiados e não irradiados, mas não comprimento. width navio venule foi, portanto, incorporados aos nossos componentes de análise da variabilidade, mas não o fez por si só influenciar de forma independente, quer mesmo repetibilidade embarcação ou intra-sujeito variabilidade (Tabela 3).

repetitividade das medições de oximetria da retina

Para os cinco primeiros temas, tanto na irradiado e as coortes não irradiados, foram obtidas cinco medidas repetidas de cada arteríola e vênula (197 embarcações, 985 medições). Os desvios-padrão dentro repetida do mesmo navio SO

2 medições eram pequenos: 2,39-2,50% para vênulas e 1,70-1,77% para arteríolas (Tabela 4). Estes números constituíam apenas 7-18% da variabilidade total em todas as medições (ver Tabela 4). Vênulas exibiram significativamente pior do que a repetibilidade arteríolas (p 0,001, Tabela 3) em todos os assuntos, mesmo com ajuste para a largura do navio, mas em termos absolutos, a repetibilidade foi comparável a outros relatórios [22]. Não houve diferenças na mesma repetibilidade navio entre os grupos não irradiados e irradiados (Tabela 4).

Dentro de-sujeito Variabilidade na SO

2 Valores

Quando analisamos a variabilidade de SO

2 medições de diferentes vasos da retina dentro do mesmo assunto, isso constituía a maior proporção de variabilidade para ambos os grupos e para ambas as arteríolas e vênulas (50-78% de toda a variabilidade, a Tabela 4). Variabilidade intra-sujeito entre vénulas foi significativamente mais elevada do que as arteríolas (p 0,001, Tabela 3). Por exemplo, para as matérias irradiadas o desvio padrão de todos os vênulas retinianas foi de 8,2% vs. 4,5% para arteríolas (p 0,001, Tabela 4).

Observamos significativamente maior variabilidade nos indivíduos irradiados em comparação com un- indivíduos irradiados (Tabelas 3 e 4) com um tamanho do efeito relativo de 1,62 (p 0,001). A variabilidade na vênulas irradiados foi de 8,2% em comparação com 5,1% em vênulas não irradiados. Por inspecção visual das imagens de oximetria da retina, houve um maior grau de uniformidade de valores da saturação de oxigénio vasculares nos indivíduos não irradiados (figura 1, painéis D-F), em comparação com os indivíduos irradiados (figura 1, painéis A-C).

OD: olho direito. OS: olho esquerdo. Um gradiente de cor correspondente, de modo com

2 valores é fornecida à esquerda das imagens. Os vasos verdes /amarelas são vênulas enquanto os vasos /laranja vermelhas são arteríolas. Alguns dos temas irradiados exibiram altamente variável SO

2 valores em vênulas (ver seta para venule azul no paciente B, OS) ou arteríolas (ver setas na paciente B, OD e paciente A, OD e OS). Nem todos os temas irradiados exibiram essa variabilidade acentuada na SO qualitativa

2 de medição (Assunto C). assuntos não irradiados tiveram menor variabilidade intra-sujeito (observe as vênulas verdes mais consistentes e arteríolas vermelhos em doentes D-F).

Entre-sujeito Variabilidade na SO

2 Valores

em seguida, analisamos a variabilidade na SO

2 valores entre indivíduos dentro dos dois grupos, o que constituiu 14-36% da variabilidade total (Tabela 4). Não houve diferença significativa entre os grupos irradiados e não irradiados (Tabela 3).

Discussão

O presente estudo demonstra que as medições de oximetria de retina de SO

2 são reprodutíveis em indivíduos irradiados. Observou-se um grau mais elevado de variabilidade nas vénulas em comparação com arteríolas (Tabela 3). Além disso, houve uma maior variabilidade na sub SO

2 medições na coorte irradiados em comparação com o grupo não irradiado (tamanho do efeito relativo de 1,62, p 0,001, Tabela 3). Dito de outra forma, os indivíduos que tiveram radiação exibiram maior variabilidade em suas SaO

2 e SvO

2 medições por navio em comparação com indivíduos da coorte não irradiado. Esta constatação sugere que o metabolismo do oxigênio na retina podem ser alterados após a radioterapia.

Além disso, devido a variabilidade entre os diferentes vasos dentro do mesmo assunto foi alta, qualquer um único vaso por si só, podem não representar precisamente retinal oxigenação por toda a retina, e assim nos estudos futuros reunidas análises de múltiplos vasos pode ser mais apropriado. A variabilidade entre os indivíduos dentro do mesmo grupo não foi significativamente diferente. Esta observação sugere que qualquer potencial efeito da radiação sobre a oxigenação da retina foi semelhante entre os 9 indivíduos que receberam irradiação acidental de suas retinas.

As nossas observações demonstram que a radiação parece estar associado com o aumento da variação no SO

2 valores dentro de um determinado assunto. Uma vez que a maioria dos indivíduos irradiados teve exposição não uniforme da sua retina para a radiação (por causa dos gradientes de dose íngreme criada por radioterapia intensidade modulada), talvez o aumento da variabilidade é consistente com a hipótese de que a radiação pode efectuar a oxigenação da retina. É necessário trabalho adicional para melhor relacionar as variações espaciais nos efeitos observados para a distribuição da dose de radiação associada.

O presente trabalho sugere que a oximetria de retina é uma abordagem promissora para melhor estudar a retinopatia associada à radiação. O grau de variabilidade entre indivíduos (ver em ambos os grupos) é susceptível fisiológico como fontes técnicas conhecidas de variabilidade foram minimizados neste estudo [21] e as medições foram altamente repetível. Isto sugere que, em trabalhos futuros, em vez de simplesmente comparar irradiado vs. pacientes não irradiados em termos de absoluta SO

2 (que pode ser fisiologicamente variável), estudos de oximetria de pacientes irradiados são melhor realizadas com imagens pré e pós-radioterapia combinados ou com a comparação intra-paciente de fortemente irradiadas contra regiões da retina não irradiados.

tem sido proposto O mecanismo de retinopatia radiação a ser análoga a retinopatia diabética, envolvendo principalmente lesão microvascular conduzindo a isquémia crónica e perda de células neuronais ao longo do tempo e em casos avançados, neovascularização. No entanto, evidências diretas de alterações na oxigenação de pacientes irradiados é limitado. Nós aqui têm relatado o primeiro

in vivo

evidência de oxigenação da retina alterada após a radioterapia em embora pequeno grupo de indivíduos com acuidade visual corrigível. Estas observações de aumento SO

2 variabilidade antes retinopatia radiação sintomática pode representar uma evidência precursor precoce de danos na retina de radioterapia.

Este estudo tem algumas limitações inerentes. Os sujeitos foram analisados ​​após a radiação já tinha sido entregue e, portanto, a relação entre estas alterações vasculares e radiação podem ser correlativo em vez de causador. O trabalho futuro vai examinar a relação entre a dose de radiação da retina regional e SO

2 valores dentro dessas regiões, e prospectivamente siga indivíduos com oximetria da retina antes e depois da radiação.

Reconhecimentos

Os autores reconhecem David Fried para a assistência com a dosimetria de radiação e Janet Bailey, Dorothy Riguera e Lori Stravers para assistência com gerenciamento de testes clínicos. Além disso, os autores reconhecem Debra Cantrell, COA e Rona Esquejo-Leon, CRA para a realização de oximetria de retina.