כאן, אנו מציגים פרוטוקול כדי לקבל תצוגה של שדה גדול (FOV) תלת מימדי (3D) זריחה התמונה ברשתית OCT באמצעות פלטפורמה הרומן עם מודאלים מרובים הדמיה. אנחנו תציג בהגדרת המערכת, השיטה של יישור ו הפרוטוקולים מבצעית. דימות in vivo תודגמנה, התוצאות נציג יסופק.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
עם מודאלים מרובים נפח הרשתית הדמיה על ידי עקיפה סריקת לייזר Ophthalmoscopy (אוסלו) ו טומוגרפיה אופטית קוהרנטית (אוקטובר)
* These authors contributed equally
במאמר זה
סיכום
תקציר
אמנם פלורסצנטיות הדמיה נעשה שימוש נרחב רפואת עיניים, תמונת תצוגה של שדה גדול (FOV) תלת מימדי (3D) קרינה פלואורסצנטית ברשתית הוא עדיין אתגר גדול עם הרשתית המדינה-of-the-art הדמיה שיטות כי הם היו דורשים z-לערום כדי בצע הידור dataset הנפחי. טומוגרפיה אופטית קוהרנטית החדשים (אוקטובר) ומערכות מסתמים (OCTA) OCT להתגבר על הגבלות אלה כדי לספק תלת מימדי (3D) אנטומי ואת כלי הדם תמונות, אבל הטבע ללא צבע של OCT לא יכול לדמיין את זליגת מעידה על כלי הדם תפקוד לקוי. פרוטוקול זה מתאר אלכסוני הרומן של סריקת לייזר ophthalmoscopy (אוסלו) טכניקה המספק קרינה פלואורסצנטית הנפחי 3D הדמיה ברשתית. ההתקנה של מערכת הדמיה יוצרת את אלכסוני. הסריקה באמצעות מחוון זנב יונה, מיישר את מערכת ההדמייה הסופית בזווית כדי לזהות תמונות חתך הרוחב פלורסנט. המערכת משתמשת הלייזר סריקה שיטת ומאפשרת לכן, ההתאגדות קל של OCT כמו משלימים הנפחי מודאליות הדמיה מבנית. דימות in vivo על הרשתית עכברוש הוא הפגין כאן. פתרון fluorescein מוזרק לווריד כדי לייצר fluorescein הנפחי מסתמים (vFA).
מבוא
מדע רפואת עיניים וראייה נהנים מאוד טכניקות דימות אופטי מודרני, מאז הרשתית נגישה בקלות עם אור. קרינה פלואורסצנטית הדמיה ברשתית הוא כלי חיוני אבחון וניהול של chorioretinal כלי דם מחלות כמו רטינופתיה סוכרתית (ד ר), הקשורות לגיל ניוון מקולרי (AMD), אשר שניהם מובילים גורם לעיוורון בארצות הברית.
עם זאת, עדיין מאתגר לרכוש עם תצוגה של שדה גדול (FOV), תלת מימדי (3D) רשתית הדמיה באמצעות קרינה פלואורסצנטית הדמיה. צילום הפונדוס אין את היכולת לפתרון עומק ולדחות לא אור מפוזר. כתוצאה מכך, ערבוב של אותות עומק שונים מקטינה את איכות התמונה. לייזר סריקה ophthalmoscopy (סלו) והוא קונאפוקלית סלו (cSLO) יכול להפחית את ההשפעה של אור כשמאירים באמצעות חסימה קונאפוקלית1. עם זאת, קשה סלו או cSLO לרכוש דמות אנושית 3D רשתית עקב המגבלה שלהם עומק של המוקד. אופטיקה אדפטיבית סלו (AOSLO) יכול לספק רזולוציה מעולה וניגודיות על-ידי תיקון עבור סטיות חזית גל שהוצגו על ידי העין האנושית. עם זאת, AOSLO היה עוד צורך z-לערום הנפחי הדמיה2. (OCT) טומוגרפיה אופטית קוהרנטית3 ומערכות מסתמים (OCTA) OCT להתגבר על הגבלות אלה כדי לספק תלת מימדי (3D) תמונות אנטומיות ואת כלי הדם4,5,6, אבל הטבע ללא צבע של OCT לא יכול לדמיין את זליגת מעיד על תפקוד כלי הדם.
פרוטוקול זה מתאר את הרומן עם מודאלים מרובים פלטפורמה רשתית פלורסצנטיות הנפחי 3D הדמיה, כלומר oblique סריקה ophthalmoscopy לייזר (אוסלו). במערכת דימות, סריקת עקיפה נוצר על ידי מחוון זנב יונה, מערכת הדמיה הסופי מיושר ב זווית כדי לזהות קרינה פלואורסצנטית צלב תמונות חתך. המערכת משתמשת בשיטות סריקת לייזר, שיטות אלה מאפשרות להשיג הכללה קלה עם OCT כמו משלימים הנפחי מודאליות הדמיה מבנית. הפתרון העומק הנוכחי הוא כ-25 מיקרומטר ברשתית חולדה והיא שדה הראייה 30°. בעיקרו של דבר, אוסלו מאפשר גרסה פלורסנט של אוקטובר, ניתן לשלב בו זמנית OCT ו OCTA מעל FOV גדולים.
ב פרוטוקול זה, נתאר את ההתקנה של אוסלו, השיטה של יישור ובנייה, השיטה של ויוו הדמיה של עכברוש רשתית, והתוצאות נציג.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול
כל השיטות המתוארות כאן אושרו על ידי חיה על עצמך ועל שימוש הוועדה (ACUC) של המרכז הרפואי בוסטון.
1. מערכת ההתקנה
- מערכת אוסלו
- השתמש מקור לייזר supercontinuum כמקור לייזר המערכת.
- להפריד לטווח האור הגלוי (450-650 ננומטר) טווח אורך גל גבוה יותר (650-2000 ננומטר) על ידי מראה ודיקרואיק זוהר (DM1). להרחיב את הקשת עם זוג מנסרות ואנליזת לאחר קרן עובר דרך מפצל קרן קיטוב (PBS).
- המקום חתך כדי לבחור טווח אורך הגל עירור (475-495 ננומטר). להשתמש במראה רפלקטיביים לשקף את הקורה המסונן אל הזוג פריזמה, ואז הזוג את האור לתוך בד סינגל מוד (SMF 1).
- השתמש ספקטרומטר כדי לאשר את הבחירה גל על הפלט של סיבי סינגל מוד.
- לחבר סיבים סינגל מוד שני לשלוחות סיב אופטי מדורגים כמוצג באיור2. מספק אחד של יציאת פלט סיב מ מצמד סיבים השנייה האור במערכת אוסלו.
- Collimate הלייזר הראשון במערכת אוסלו.
- להסיט את הלייזר ידי גלוונומטר מראה (GM1). ממסר הלייזר לא מראה גלוונומטר השני (GM2) על-ידי מערכת 1:1 טלסקופ, עוד יותר ממסר לתלמיד של העין על ידי מערכת 3:1 טלסקופ.
- יש להתקין מראה ודיקרואיק זוהר (DM2) בתוך מערכת 3:1 טלסקופ כדי לשקף את האותות זריחה.
- לטעון את המערכת 3:1 טלסקופ ואת המראה ודיקרואיק זוהר (DM2) על מחוון זנב יונה מותאם אישית כדי לקזז את הציר האופטי וליצור את אלכסוני. הסריקה תאורה כמוצג באיור3. השתמש של caliper לשלוט במדויק את אורך ההיסט הרצויה.
- קרינה פלואורסצנטית דימות אופטי.
- משקפים את זריחה על ידי במראה ודיקרואיק זוהר, ממסר למראה גלוונומטר השלישי מבטל את סרוק סריקה איטי.
- להעביר את האור העדשה המטרה הדמיה למערכת טלסקופ 1:1 נוסף. להתקין את המערכת האופטית לעיל על שלב התרגום.
הערה: בשני שלבים נוספים תרגום מותקנים תחת המראה גלוונומטר השלישי (GM3) כדי לספק יתירות ב ודרגות החופש למיטוב ההדמיה.
- הר מערכת הדמיה הסופי על הבמה כי יש שלוש דרגות חופש (סיבוב, ואת ציר שני של תרגום). השתמש מצלמה מישורי כדי ללכוד תמונות פלורסצנטיות חתך הרוחב.
- השתמש מקור לייזר supercontinuum כמקור לייזר המערכת.
- מערכת טומוגרפיה אופטית קוהרנטית
- השתמש מאותו המקור לייזר supercontinuum כמקור לייזר המערכת.
- הפרד הטווח (ניר) אינפרא-אדום ליד (650-900 ננומטר) מן האור הנותר (650-2000 ננומטר) על ידי מראה אחר ודיקרואיק זוהר (DM3). השתמש במסנן מסירה ארוכה נוספת להגביל את רוחב הפס כדי 800-900 ננומטר. הזוג הקרן לתוך בד סינגל מוד (SMF 2).
- לחבר סיבים סינגל מוד יציאת קלט אחרים של לשלוחות מדורגים סיב אופטי שני לשלב עם עירור כחול אוסלו. ישיר אור יציאת פלט השני של מצמד סיבים השנייה את הזרוע הפניה OCT, אשר כולל מסנן דחיסות נייטרלית משתנה (VNDF), פיזור פיצוי צלחות, מראה רעיוני.
הערה: האור חזר מהזרוע הפניה, העין recombines-סיבים אופטיים מחבר השני, הוא נשלח את ספקטרומטר OCT כדי לאסוף את האות.
- השתמש מאותו המקור לייזר supercontinuum כמקור לייזר המערכת.
- חדרי קירור והקפאה
- להשתמש על רכישת מערכת תוכנה נתונים בכתב LabVIEW ולשנות מתוך הפרוטוקול סריקה של OCTA7,8,9,10. עבור כל B-סריקה, ראה 80% מחזור השן עם 500 מדרגות היא פלט על-ידי לוח פלט אנלוגי (AO1) לשלוט x' ראי GM2 סריקה מהירה.
- להפעיל את המצלמה סריקת קו בכל שלב כדי להשיג את הנתונים עבור ה-OCT רק כאשר המראה נמצא פארווערטס סריקה כיוון. להגדיר את זמן החשיפה למצלמה סריקת קו להיות 17 µs.
- כדי לרכוש את האות OCTA, חזור על המדידה 5 פעמים ב B-scan באותו המיקום.
- הגדר הקצב פלט אאו 100 קילו-הרץ, ואת הקצב קו OCT-50 קילו-הרץ. לשלוט y' איטי סריקה ראי, GM1, על ידי waveform ramping. סינכרון בין המראה מבטל את הסריקה, GM3, GM1 דה לסרוק סריקה איטי.
- להפעיל את המצלמה מישורי על ידי לוח פלט אנלוגי חדש (AO2) כדי ללכוד תמונה פלורסנט אחת על כל y' מיקום. לחתוך את גודל הדמיה או bin הפיקסלים השכנים כדי להגביר את המהירות ואת הרגישות כרצונכם.
2. מערכת יישור
- התאם, חריץ מקור האור אוסלו כדי לבחור את אורך הגל של עירור כחול. להשתמש ספקטרומטר כדי לנטר את טווח הספקטרום להיות בסביבת 475-490 nm.
- כוונן את המחוון הר זנב יונה לנוע לציר האופטי על ידי ~ 5 מ מ. זה יביא את היסט התלמיד עכברוש מאת ~1.7 מ מ, וכתוצאה מכך זווית אלכסונית של ~ 15° על הרשתית.
- להתאים את הבמה תרגום של אופטיקה זיהוי ידי קרינה פלואורסצנטית באותו 5 מ מ.
- התאם את פלורסצנטיות הסופי הדמיה למערכת להיות ~ 30°.
- מודדים את הכוח האופטי באמצעות מד הכוח. ודא הכוח עירור אוסלו כחול ≤0.2 mW, את-≤0.8 mW ' כוח לייזר OCT, אשר לא יגרום נזק הרשתית.
הערה: מבוסס על תקן ANSI, החשיפה מתירניות המרבית (MPE) ברשתית היא ברמה של ~7,2mW8 בטווח האור לעין. על פי הנוסחה Delori. et al. 9, MPE לאור אינפרא-אדום ליד הוא בערך שני פעמים גבוה יותר מאשר האור, בערך 4 mW.
3. in Vivo ניסויים בבעלי חיים
- העברת חולדה אוונס ארוך 12-שבועות זכר אל החדר אינדוקציה. עזים ומתנגד העכברוש עם איזופלוריין 4.5% חמצן במשך 10 דקות עם קצב זרימה של 2 ל'/דקה על ידי מכשיר אידוי איזופלוריין.
- לאשר עומק ההרדמה כפי שנקבע על ידי חוסר רפלקס הנסיגה במהלך קמצוץ מאמבטיה.
- לאחר אינדוקציה, מניחים את החולדה על בעל 5-ציר (x, y, z תרגומים, yaw וגובה). לספק חום משלימה על ידי שימוש במה מחוממת, ומזרימים מים חמים שמיכה או שיטה מתאימה אחרת בניסוי ממושכים. לשמור את ההרדמה ב- 1.5% isofluorane עם קצב זרימה של 2 ליטר/דקות במהלך החלק הנותר של הניסוי. כאשר אינך משתמש תא אינדוקציה עם פליטה פעיל, התא אינדוקציה להניחה על שולחן backdraft או downdraft או תחת שנורקל למצוא איזופלוריין.
- אני התלמיד עם Tropicamide 1% פתרון אופטלמולוגיות למשך 2 דקות... להחיל פתרון אופטלמולוגיות 0.5% Tetracaine HCl של החולדה עין תחת הרדמה מקומית נוספים, במידת הצורך. לשמור על עין לחות עם דמעות מלאכותיות מסחרי לפחות פעם אחת בכל רגע במהלך הניסוי.
- להזריק fluorescein מלח (10% w/w) או FITC (10% w/w) מעורבבת עם מלח סטרילית (0.1-0.3 מ ל) דרך הווריד של הזנב עם 1 מ"ל מחט מזרק, 29G.
- הפעל את מקור לייזר. במקום דחיסות נייטרלית מסנן כדי להחליש את עירור אור כחול במהלך היישור. למדוד את עוצמת האור OCT כדי להיות ~0.8 mW, ועל האור הכחול < 0.01 mW כדי למנוע היווצרות של קטרקט.
- להפעיל את מצב סריקה ויישור של גלוונומטר. להתאים את הגובה של הכדור העין לעשות לייזר נייח ספוט על הקרנית. להתאים את מיקום העין חולדה כדי להפוך את השפה של התלמיד בניצב בערך. הלייזר ולאחר קיזוז הלייזר אל מרכז הפסגה של העין על ~1.5 מ מ.
- להתאים את מחזיק בעלי חיים עד אוקטובר תמונות איכות מיטבית. ב- x' סריקה מהירה כיוון, ודא שמופיע בתמונה B-scan חתך שטוח. כאשר מחליפים y' לאט כיוון הסריקה, ודא חתך רוחב B-סריקת התמונה מופיע מוטה, עקב עקיפה סריקה.
- להסיר את המסנן דחיסות נייטרלית עירור אור כחול ונטר הזמן האמיתי להאכיל מהמצלמה. קרוס התמונה פלורסנט סקציות אמור להופיע כלי הדם מראה המופיעים בעומקים שונים.
- להתאים את המוקד של זריחה הסופי מערכת כדי להגיע אל המוקד אופטימלית הדמיה. מאפשרים כוונון עדין של העמדה העין בתוך המטוס לרוחב כדי להגיע איכות תמונה אופטימלית של אוסלו.
- לאחר היישור, מתחיל לרכוש בו זמנית OCTA ו- fluorescein הנפחי מסתמים (vFA).
- לבנות את התמונות הנפחי הן OCTA והן אוסלו מאת Matlab. האלגוריתמים מתוארים בעבר פרט10. ליצור עומק-נפתרה vasculatures רשתית מאת סגמנטציה.
- לאחר השלמת ההדמיה, לבטל את הלייזר, לשחרר את החיה, למרוח משחה אופטלמולוגיות העיניים, ולאחר מכן מקם החיה בתוך קופסה שחזור.
- אין להשאיר את החיה ללא השגחה עד זה שהכרתו מספיק כדי לשמור על recumbency בחזה ובצלעות או כמו לכל מדיניות מוסדית.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תוצאות
איור 4a מציג תמונת OCT חתך הרוחב של הרשתית חולדה. איור 4b c -4 הצג אותן תמונות חתך הרוחב רשתית של OCTA, אוסלו vFA רכשה באותו זמן. אוסלו מאפשר חתך הרוחב פא מקבילה כדי OCT B-הסריקה. בהשוואה OCTA, תמונת חתך של vFA אוסלו מזהה בבירור את כלי שכבת סיבי עצב (NFL), שכבת תאים גנגליון (שזכתה), נימים בתוך השכבה החיצונית plexiform (OPL). איור 4 d ו- 4g להציג את השכבה השטחית של הת...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דיון
. הנה, תארנו אוסלו, ויוו הנפחי פלורסנט רשתית הדמיה טכניקה עם FOV מעל 30 מעלות. בהשוואה OCT, תקן הנוכחי של טיפול הדמיה שיטה עיניים, אוסלו מציעה 3D דומה הדמיה יכולת עדיין מאפשר חדות פלורסצנטיות OCT אינו רגיש. היתרון של אוסלו היא שזה דורש סרוק סריקה אחת בלבד, ובכך מאפשרת שילוב חלקה של OCT, מתן שתי טכניקות משלימים עבור הדמיה הנפחי פלורסנט מבניים.
ב פרוטוקול זה, נקודת המפתח כדי לקבל איכות תמונה טובה היא הבהירות של העין חולדה. אם התמונה אוסלו מעורפל, לבחון אם יש היווצרות קטרקט. מספר גורמים ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
גילויים
ג'י יי בעלת פטנט תלוי ועומד על אוסלו. והמלצה אחרים מצהירים אין אינטרסים כלכליים מתחרים.
תודות
מימון היא מימון קרן אוונס רפואית במרכז הרפואי בבוסטון, כמו גם חוזה המשנה של NIH 5R01CA183101, הטייס BU-CTSI הענק 1UL1TR001430, תוכנית פיילוט BU-Joslin ו- BU-CTSI KL2TR001411.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| מקור לייזר Supercontinuum | NKT Photonics | SuperK EXTREME EXU-OCT6 | |
| מראה דיכרואית (DM1) | Thorlabs | DMLP650R | |
| מראה דיכרואית (DM2) | Chroma | ZT514/1064rpc | |
| מראה דיכרואית (DM3) | Thorlabs | DMLP900R | |
| סיבים במצב יחיד (SMF 1) | Thorlabs | P3-460B-FC-2 | |
| סיבים במצב יחיד (SMF 2) | Thorlabs | P3-780A-FC-2 | |
| מצמד סיבים אופטיים | Thorlabs | TW850R5A2 | |
| מערכת טלסקופ 1:1 | Thorlabs | AC254-100-A× | |
| מערכת טלסקופ 3:1 | Thorlabs | AC254-150-A× | |
| מערכת טלסקופ 3:1 | Thorlabs | AC254-50-A× | |
| מראות Galvo (GM1,GM2) | Thorlabs | GVS201 ופעמים; | |
| מראות Galvo De-sacn (GM3) | Thorlabs | GVS011 | |
| עדשת אובייקטיבית | Olympus | UplanSApo 20×/0.75 | |
| מערכת הדמיה סופית | Olympus | UplanFL N 10×/0.3 | |
| מערכת הדמיה סופית | Computar | 12-36 מ"מ/1:2.8 | |
| מצלמה | PCO | Pco.pixelfly USB | |
| מסנן | Thorlabs | ||
| משתנה ברציפות מסנן | ND Thorlabs | NDC-50C-4M-A | |
| מצלמת סריקת קו | Thorlabs | SPL2048-140K | |
| (AO1) | מכשיר לאומי | PCI-6731 | |
| לוח פלט אנלוגי (AO2) | מכשיר לאומי | PCIe-6351 | |
| מסנן מעבר ארוך | Thorlabs | FEL0800 |
מקורות
- Webb, R. H., Hughes, G. W., Delori, F. C. Confocal scanning laser ophthalmoscope. Applied Optics. 26 (8), 1492-1499 (1987).
- Roorda, A., et al. Adaptive optics scanning laser ophthalmoscopy. Optics Express. 10 (9), 405-412 (2002).
- Huang, D., et al. Optical coherence tomography. Science. 254 (5035), 1178-1181 (1991).
- de Carlo, T. E., Romano, A., Waheed, N. K., Duker, J. S. A review of optical coherence tomography angiography (OCTA). International Journal of Retina and Vitreous. 1 (1), 5(2015).
- Jia, Y., et al. Quantitative Optical Coherence Tomography Angiography of Choroidal Neovascularization in Age-Related Macular Degeneration. Ophthalmology. 121 (7), 1435-1444 (2014).
- Chen, C. -L., Wang, R. K. Optical coherence tomography based angiography [Invited]. Biomedical Optics Express. 8 (2), 1056-1082 (2017).
- Yi, J., Chen, S. Y., Shu, X., Fawzi, A. A., Zhang, H. F. Human retinal imaging using visible-light optical coherence tomography guided by scanning laser ophthalmoscopy. Biomedical Optics Express. 6 (10), 3701-3713 (2015).
- Zhang, X. Y., et al. Dual-band spectral-domain optical coherence tomography for in vivo imaging the spectral contrasts of the retinal nerve fiber layer. Optics Express. 19 (20), 19653-19667 (2011).
- Delori, F. C., Webb, R. H., Sliney, D. H. Maximum permissible exposures for ocular safety (ANSI 2000), with emphasis on ophthalmic devices. Journal of the Optical Society of America a-Optics Image Science and Vision. 24 (5), 1250-1265 (2007).
- Zhang, L., et al. Volumetric fluorescence retinal imaging in vivo over a 30-degree field of view by oblique scanning laser ophthalmoscopy (oSLO). Biomedical Optics Express. 9 (1), 25-40 (2018).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הדפסות חוזרות והרשאות
תגיות
