Zintegrowana oftalmoskopia fotoakustyczna i optyczna koherentna tomografia w domenie spektralnej

Okulistyka fotoakustyczna (PAOM), metoda obrazowania oparta na absorpcji optycznej, zapewnia komplementarną ocenę siatkówki do obecnie dostępnych technologii obrazowania okulistycznego. Informujemy o zastosowaniu PAOM zintegrowanego z optyczną koherentną tomografią w domenie spektralnej (SD-OCT) do jednoczesnego multimodalnego obrazowania siatkówki u szczurów.

Ogólnym celem tej procedury jest wykazanie integracji oftalmoskopii fotoakustycznej z optyczną tomografią koherentną w domenie spektralnej w celu jednoczesnego obrazowania siatkówki in vivo u małych zwierząt. Osiąga się to poprzez przygotowanie znieczulonego zwierzęcia poprzez rozszerzenie źrenicy i sparaliżowanie mięśnia zwieracza tęczówki. Następnie obrazowanie przekroju poprzecznego S-D-O-C-T w czasie rzeczywistym służy do zlokalizowania interesującego obszaru siatkówki i optymalizacji parametrów optycznych.

Igłowy przetwornik ultradźwiękowy umieszczony w kontakcie z powieką zwierzęcia wykrywa indukowane laserem sygnały fotoakustyczne i optymalizuje położenie przetwornika ultradźwiękowego w celu uzyskania maksymalnej amplitudy sygnału. Ostatnim krokiem jest ustawienie parametrów skanowania i jednoczesne pozyskiwanie obrazów S-D-O-C-T i PAOM. Ostatecznie kontrast absorpcji optycznej i kontrast rozpraszania optycznego z zebranych obrazów może ujawnić drobne zmiany funkcjonalne w krążeniu siatkówki i nabłonku barwnikowym wraz ze szczegółową anatomią siatkówki.

Mocną stroną oftalmoskopu jest nowo opracowana nowoczesność obrazowania okulistycznego. Technologia ta może ujawnić optyczny kontrast absorpcyjny siatkówki, a tym samym ma potencjalną przewagę nad istniejącymi modyfikacjami w obrazowaniu. Sieć mięśniowa naczyniówki siatkówki i nabłonek barwnikowy siatkówki Optyczna koherentna tomografia koherentna w domenie spektralnej, S-D-O-C-T odnosi się do odbitych fotonów bankowych, tworząc wolumetryczny obraz siatkówki i jest szeroko stosowany w klinikach.

Integracja PAOM z S-D-O-A-T pozwala nam uzyskać bardziej kompleksowe informacje anatomiczne i funkcjonalne siatkówki. Podsystem oskopii fotoakustycznej składa się z lasera N-D-Y-A-G, który służy jako źródło oświetlenia. Częstotliwość lasera wyjściowego ustawionego na 1064 nanometry jest podwojona do 532 nanometrów przez otwór beta baru.

Osiem kryształów. Laserowe zwierciadło liniowe rozdziela tę wiązkę. Następnie światło o długości 532 nanometrów jest dostarczane przez światłowód jednomodowy, a laser o długości 1064 nanometrów jest rejestrowany przez fotodiodę, która wyzwala akwizycję sygnału fotoakustycznego.

Światło laserowe wychodzące z pojedynczego trybu światłowodu jest dostarczane do siatkówki przez galwanometr i konfigurację teleskopu. Nieostry przetwornik igłowy jest umieszczany w kontakcie z powieką w celu wykrycia sygnałów fotoakustycznych generowanych przez siatkówkę. Żel ultradźwiękowy jest nakładany między końcówkę przetwornika a powiekę zwierzęcia w celu uzyskania dobrego sprzężenia akustycznego.

Sygnał fotoakustyczny jest wzmacniany przez dwa wzmacniacze, a następnie digitalizowany przez płytę akwizycji danych. Podsystem optycznej tomografii koherentnej w domenie spektralnej lub SD OCT wykorzystuje źródło światła o niskiej koherentności, szerokopasmową diodę superluminescencyjną, która określa rozdzielczość osiową do sześciu mikrometrów. Światło bliskiej podczerwieni jest rozdzielane przez komercyjny jednomodowy łącznik światłowodowy o wymiarach 50 na 50, który dostarcza światło do ramienia próbki i ramienia referencyjnego.

Wiązka dostarczana do ramienia próbki OCT jest łączona ze światłem oświetlającym PAOM przez gorące lustro. Ramię próbki korzysta z tej samej optyki skanującej i dostarczającej, co PAOM. Wreszcie, domowy spektrometr służy do rejestrowania sygnałów interferencyjnych S-D-O-C-T, podczas gdy kamera CCD ze skanowaniem liniowym pozwala na szybkość linii A wynoszącą 24 kiloherce.

Aby wyrównać te dwa podsystemy, należy wykonać kilka kroków. Po pierwsze, zmaksymalizuj wydajność podwajania częstotliwości kryształu BBO. Po drugie, zestosuj laser światłowodowy PAOM do średnicy 2,0 milimetrów.

Po trzecie, ustaw połączone światła oświetleniowe PAOM i S-D-O-C-T, tak aby były współosiowe. Na koniec ustaw światło wzbudzenia PAOM na około 40 nanodżuli na impuls i ustaw światło sondujące S-D-O-C-T na około 0,8 miliwata. Oba te ustawienia są uważane za bezpieczne dla oczu po znieczuleniu szczura.

Korzystając ze standardowego protokołu fluorowego ISO, unieruchamiaj szczura w domowej roboty uchwycie z pięcioma osiami regulowanej swobody. Aby utrzymać temperaturę ciała szczura w pobliżu 37 stopni Celsjusza, użyj poduszki grzewczej do utrzymania znieczulenia. Podaj szczurowi 1% fluoru ISO w przepływie 1,5 litra na minutę przez cały czas trwania eksperymentu.

Teraz usuń rzęsę z powieki za pomocą małych nożyczek chirurgicznych, a następnie rozszerz źrenice za pomocą 1% tropicznego roztworu okulistycznego, a następnie sparaliżuj mięsień zwieracza tęczówki za pomocą 0,5% roztworu okulistycznego chlorowodorku tetrakainy. Przez cały czas trwania zabiegu bardzo ważne jest, aby co drugą minutę nakładać sztuczne krople łez na oko szczura. Następnie włącz światło oświetlające SDO CT i sprawdź, czy światło sondujące ma około 0,8 miliwata.

Teraz aktywuj skanowanie galwanometru. Ustaw światło napromieniające S-D-O-C-T na siatkówce szczura i zidentyfikuj obszar siatkówki będący przedmiotem zainteresowania, regulując pięcioosiowy uchwyt zwierzęcia i środek pola widzenia w tym obszarze. Tarcza nerwu wzrokowego jest viewed w tym przykładzie.

Dalej wyreguluj uchwyt zwierzęcia, aby zoptymalizować obrazowanie przekroju siatkówki w jednym kierunku skanowania. Następnie zmień kierunek skanowania rastrowego i kontynuuj regulację, aż zostanie znaleziony najlepszy punkt ogniskowy. Teraz przygotuj przetwornik igłowy przymocowany do pięcioosiowej regulowanej platformy.

Nałóż kroplę żelu ultradźwiękowego na końcówkę przetwornika i delikatnie przyłóż końcówkę przetwornika do powieki zwierzęcia. Ustaw laser PAOM w trybie wyzwalania zewnętrznego. Rozpocznij skanowanie galwanometru i aktywuj wyświetlanie PAOM w czasie rzeczywistym.

Obrazy przekrojowe. Ostrożnie dostosuj orientację przetwornika, aby dobrze pokrywał się jego obszar czułości z obszarem skanowania lasera PAOM. Zatrzymaj się, gdy obraz PAOM ma najlepszy stosunek sygnału do szumu i równomiernie rozłożone wzorce amplitudy PA w obu kierunkach skanowania.

Teraz ustaw napięcia sterowane dwoma skanerami galwanometrycznymi zgodnie z wielkością pola zainteresowania i przeprowadź skanowanie. Po wyzwoleniu skanowania. Szybki skan rastrowy 2D za pomocą GALWANOMETRU jest kontrolowany przez analogową płytkę wyjściową, która również wyzwala zarówno odpalenie lasera PAOM, jak i akwizycję sygnału przez spektrometr OCT.

W związku z tym synchronizacja dwóch podsystemów. Zdjęcie DDE Rejestrowanie sekwencji laserowej PAOM powoduje następnie akwizycję danych PAOM. Po zakończeniu eksperymentu wyłącz lampę sondującą S-D-O-C-T i natychmiast wyjmij zwierzę z uchwytu.

Trzymaj zwierzę w cieple i ciemności, aż obudzi się naturalnie. Następnie wyłącz ogrzewanie i trzymaj je w ciemności przez dodatkową godzinę, zrekonstruuj trójwymiarowe obrazy w trybie offline za pomocą bezpłatnego programu do wizualizacji opartego na MATLAB o nazwie Vue Construct, obrazów wolumetrycznych 3D i obrazów dna oka 2D z 256 obrazów B Bcan. Obrazy dna oka 2D S-D-O-C-T i PAOM uzyskano jednocześnie u szczura albinosa i szczura pigmentowanego.

Maksymalny kąt skanowania wynosił 26 stopni, a czas akwizycji obrazu wynosił około 2,7 sekundy. Na obrazach dna oka S-D-O-C-T naczynia siatkówki mają ciemny wygląd z powodu absorpcji hemoglobiny przez światło sondujące. Ponieważ pigmentowane oko ma wysokie stężenie melaniny, obrazy PAOM pokazują nabłonek pigmentowy siatkówki lub RPE o wysokim kontraście oprócz naczyń siatkówki, ponieważ oko albinosa nie ma tutaj melaniny RPE, PAOM wizualizuje naczynia siatkówki i unaczynienie naczyniówki Aby zademonstrować możliwości obrazowania trójwymiarowego P-A-O-M-A, wykonano renderowanie wolumetryczne na podstawie tego obrazu.

Po opanowaniu ten proces obrazowania można zakończyć w ciągu 10 minut. Przewidujemy, że POM odegra ważną rolę zarówno w podstawowym zrozumieniu, jak i diagnozowaniu klinicznym kilku chorób powodujących ślepotę, takich jak retinopatia cukrzycowa i zwyrodnienie siatkówki.