Integrato oftalmoscopia fotoacustico e Spectral-dominio Optical Coherence Tomography

Fotoacustica oftalmologia (PAOM), un assorbimento ottico basato modalità di imaging, fornisce la valutazione complementare della retina alle tecnologie attualmente disponibili oftalmici imaging. Riportiamo l'utilizzo di PAOM integrato con-dominio spettrale tomografia a coerenza ottica (SD-OCT) per il controllo simultaneo di imaging multimodale retinica nel ratto.

L'obiettivo generale di questa procedura è dimostrare l'integrazione dell'oftalmoscopia fotoacustica con la tomografia a coerenza ottica del dominio spettrale per l'imaging simultaneo in vivo della retina in piccoli animali. Ciò si ottiene preparando prima un animale anestetizzato dilatando la pupilla e paralizzando il muscolo dello sfintere dell'iride. Quindi l'imaging in sezione trasversale S-D-O-C-T in tempo reale viene utilizzato per localizzare la regione retinica di interesse e per ottimizzare i parametri ottici.

Un trasduttore ultrasonico ad ago posizionato a contatto con la palpebra dell'animale rileva i segnali fotoacustici indotti dal laser e ottimizza la posizione del trasduttore ultrasonico per la massima ampiezza del segnale. I passaggi finali consistono nell'impostare i parametri di scansione e acquisire contemporaneamente le immagini S-D-O-C-T e PAOM. In definitiva, il contrasto di assorbimento ottico e il contrasto di diffusione ottica delle immagini raccolte possono rivelare minuscole variazioni funzionali nella circolazione retinica e nell'epitelio pigmentato insieme a un'anatomia retinica dettagliata.

Il punto di forza dell'oftalmoscopio è una modernità dell'imaging oftalmico di nuova concezione. Questa tecnologia può rivelare il contrasto di assorbimento ottico della retina e quindi ha un potenziale vantaggio rispetto alla mod esistente nell'imaging. La rete muscolare coroideale retinica e l'epitelio pigmentato retinico La tomografia a coerenza ottica del dominio spettrale, S-D-O-C-T, si relaziona su una banca di fotoni riflessi per formare un'immagine volumetrica della retina ed è ampiamente utilizzata in clinica.

L'integrazione della PAOM con S-D-O-A-T ci permette di acquisire informazioni anatomiche e funzionali più complete della retina. Il sottosistema di oscopia fotoacustica include un laser N-D-Y-A-G che funge da sorgente di illuminazione. Il laser di uscita impostato a 1064 nanometri è raddoppiato in frequenza a 532 nanometri da un foro di bario beta.

Otto cristalli. Uno specchio a linea laser divide questo raggio. Quindi la luce a 532 nanometri viene erogata attraverso una fibra ottica monomodale e il laser a 1064 nanometri viene registrato da un fotodiodo, che attiva l'acquisizione del segnale fotoacustico.

La luce laser che esce dalla fibra ottica monomodale viene erogata nella retina da un galvanometro e da una configurazione telescopica. Un trasduttore ad ago non focalizzato viene posto a contatto con la palpebra per rilevare i segnali fotoacustici generati dalla retina. Il gel ultrasonico viene applicato tra la punta del trasduttore e la palpebra dell'animale per un buon accoppiamento acustico.

Il segnale fotoacustico viene amplificato da due amplificatori e poi digitalizzato da una scheda di acquisizione dati. Il sottosistema di tomografia a coerenza ottica a dominio spettrale o SD OCT utilizza una sorgente luminosa a bassa coerenza, un diodo superluminescente a banda larga, che determina la risoluzione assiale a sei micrometri. La luce nel vicino infrarosso è divisa da un accoppiatore in fibra monomodale commerciale 50 per 50, che fornisce luce al braccio del campione e al braccio di riferimento.

Il fascio inviato al braccio campione OCT è combinato con la luce illuminante PAOM da uno specchio caldo. Il braccio del campione condivide le stesse ottiche di scansione e consegna del PAOM. Infine, uno spettrometro costruito in casa viene utilizzato per registrare i segnali di interferenza S-D-O-C-T dove una telecamera CCD a scansione lineare consente una velocità di linea A di 24 kilohertz.

Per allineare i due sottosistemi sono necessari alcuni passaggi. Innanzitutto, massimizza l'efficienza di raddoppio della frequenza del cristallo BBO. In secondo luogo, fascicolare il laser di uscita in fibra del PAOM a 2,0 millimetri di diametro.

In terzo luogo, allineare le luci di illuminazione combinate del PAOM e dell'SDOCT, in modo che siano coassiali. Infine, impostare la luce di eccitazione PAOM a circa 40 nano joule per impulso e impostare la luce di sondaggio S-D-O-C-T a circa 0,8 milliwatt. Entrambe queste impostazioni sono segnalate per essere sicure per gli occhi dopo l'anestesia di un ratto.

Utilizzando un protocollo standard ISO al fluoro, trattieni il ratto in un supporto fatto in casa con cinque assi di libertà regolabile. Per mantenere la temperatura corporea del ratto vicino a 37 gradi Celsius, utilizzare un termoforo per mantenere l'anestesia. Fornire al ratto fluoro ISO all'1% a un flusso di 1,5 litri al minuto durante l'esperimento.

Ora, rimuovi le ciglia dalla palpebra usando una piccola forbice chirurgica, quindi dilata le pupille usando una soluzione oftalmica all'1% di aiuto tropicale, seguita dalla paralisi del muscolo dello sfintere dell'iride usando una soluzione oftalmica di tetracaina cloridrato allo 0,5%. Durante la procedura, è fondamentale applicare lacrime artificiali sull'occhio del ratto ogni due minuti. Quindi, accendi la luce illuminante SDO CT e verifica che la luce di sondaggio sia di circa 0.8 milliwatt.

Ora attiva la scansione del galvanometro. Allineare la luce di irradiazione S-D-O-C-T sulla retina del ratto e identificare la regione retinica di interesse regolando il supporto dell'animale a cinque assi e il centro del campo visivo su questa regione. In questo esempio viene visualizzato il disco ottico.

Regolare ulteriormente il supporto dell'animale per ottimizzare l'imaging della sezione trasversale retinica in una direzione di scansione. Quindi cambiare la direzione di scansione raster e continuare ad effettuare le regolazioni fino a trovare il punto focale migliore. Ora, prepara il trasduttore dell'ago collegato a una piattaforma regolabile a cinque assi.

Applicare una goccia di gel ultrasonico sulla punta del trasduttore e toccare delicatamente la punta del trasduttore con la palpebra dell'animale. Impostare il laser PAOM sulla modalità di attivazione esterna. Avvia la scansione del galvanometro e attiva la visualizzazione in tempo reale di PAOM.

Immagini in sezione trasversale. Regolare attentamente l'orientamento del trasduttore per una buona sovrapposizione della sua regione di sensibilità con la regione di scansione del laser PAOM. Arrestarsi quando l'immagine PAOM ha il miglior rapporto segnale/rumore e modelli di ampiezza PA distribuiti uniformemente in entrambe le direzioni di scansione.

Ora impostate le tensioni pilotate dei due scanner galvanometrici in base alle dimensioni del campo di interesse ed eseguite la scansione. Quando viene attivata la scansione. Una scansione raster 2D veloce da parte del GALVANOMETER è controllata da una scheda di uscita analogica, che attiva anche l'accensione laser PAOM e l'acquisizione del segnale dello spettrometro OCT.

Quindi, sincronizzando i due sottosistemi. Un DDE fotografico La registrazione della sequenza laser PAOM attiva quindi l'acquisizione dei dati PAOM. Dopo l'esperimento, spegnere la luce di sondaggio S-D-O-C-T e rimuovere immediatamente l'animale dal supporto.

Mantieni l'animale al caldo e al buio fino a quando non si sveglia naturalmente. Quindi spegni il riscaldamento e tienilo al buio per un'ora in più, ricostruisci le immagini tridimensionali offline utilizzando un programma di visualizzazione basato su MATLAB disponibile gratuitamente chiamato Vue Construct, le immagini volumetriche 3D e le immagini del fondo oculare 2D da 256 immagini B Bcan. Le immagini 2D del fondo oculare di S-D-O-C-T e PAOM sono state acquisite simultaneamente in un ratto albino e in un ratto pigmentato.

L'angolo di scansione massimo era di 26 gradi e il tempo di acquisizione dell'immagine era di circa 2,7 secondi. Nelle immagini del fondo oculare S-D-O-C-T, i vasi retinici hanno un aspetto scuro a causa dell'assorbimento dell'emoglobina della luce di sonda. Poiché l'occhio pigmentato ha un'alta concentrazione di melanina, le immagini PAOM mostrano l'epitelio pigmentato retinico o RPE con un alto contrasto oltre ai vasi retinici, poiché l'occhio albino manca di melanina RPE qui, PAOM visualizza i vasi retinici e la vascolarizzazione coroideale Per dimostrare la capacità di imaging tridimensionale di P-A-O-M-A è stato realizzato il rendering volumetrico di questa immagine.

Una volta padroneggiato, questo processo di imaging può essere completato in 10 minuti. Prevediamo che il POM svolgerà un ruolo importante sia nella comprensione fondamentale che nella diagnosi clinica di diverse malattie cieche come la retinopatia diabetica e la degenerazione retinica.