Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Смешанных объемные сетчатки, Imaging наклонный офтальмоскопия лазерного сканирования (Осло) и оптическая когерентная томография (Окт)

8.2K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/57814

⸱

4 августа 2018 г.

 ,  , 
1Department of Medicine, Boston University School of Medicine, 2Department of Biomedical Engineering, Boston University

* These authors contributed equally

В этой статье

Краткое содержание

Здесь мы представляем протокол получить большое поле зрения (FOV) трехмерной (3D) флуоресценции и OCT сетчатки изображения с помощью Роман изображений Мультимодальная платформа. Мы будем вводить настройки системы, метод выравнивания и оперативные протоколы. В естественных условиях изображений будет продемонстрирована, и представитель результаты будут предоставлены.

Аннотация

Хотя флуоресценции изображений широко используется в офтальмологии, большое поле зрения (FOV) трехмерной (3D) флуоресценции сетчатки изображение по-прежнему является большой проблемой с сетчатки искусства, визуализации формы потому, что они будут требовать, z укладка для Скомпилируйте объемный набор данных. Новая оптическая когерентная томография (Окт) и систем ангиография (OCTA) октября преодолеть эти ограничения представить трехмерные (3D) анатомические и сосудистой изображения, но краска бесплатный характер OCT не может визуализировать утечки свидетельствует о сосудистых дисфункция. Этот протокол описывает Роман косой, сканирование лазерная техника офтальмоскопия (Осло), которая обеспечивает 3D объемного флуоресценции сетчатки изображений. Настройка системы визуализации генерирует косой, сканирование слайдер хвост голубь и выравнивает окончательной визуализации системы под углом для обнаружения флуоресцентные поперечные изображения. Система использует лазерный метод сканирования и таким образом, позволяет легко включение октября как взаимодополняющие объемные структурных изображений модальности. В естественных условиях изображения на сетчатке крыс показано здесь. Флуоресцеин раствора внутривенно вводят производить объемные fluorescein ангиография (vFA).

Введение

Офтальмология и видение науки значительно выиграть от современные оптические методы визуализации, так как могут быть легко доступны сетчатки с светом. Флуоресценции сетчатки изображений является важным инструментом в области диагностики и управления хориоретинальной сосудистых заболеваний, таких как диабетическая ретинопатия (DR) и возрастной макулярной дегенерации (AMD), оба из которых являются ведущие причины слепоты в Соединенных Штатах.

Однако это все еще сложно приобрести большое поле зрения (FOV), трехмерные (3D) сетчатки изображений с помощью флуоресценции изображений. Фундус фотография не имеют возможности урегулирования глубины и не отвергают диффузный свет. В результате микширование сигналов от разных глубины снижает качество изображения. Сканирующий лазер офтальмоскопия (SLO) и конфокальный SLO (cSLO) может уменьшить эффект рассеянного света с помощью конфокальной шлюзовой1. Однако это трудно для SLO или cSLO, чтобы получить 3D изображения человека сетчатки вследствие ограничения их глубины фокуса. Адаптивная оптика SLO (AOSLO) может обеспечить превосходное разрешение и контрастность путем исправления аберраций волнового фронта, представленный человеческий глаз. Однако AOSLO по-прежнему потребуется z укладка для объемного изображения2. Оптическая когерентная томография (Окт)3 октября ангиография (OCTA) систем и преодолеть эти ограничения представить трехмерные (3D) изображения анатомических и сосудистой4,5,6, но краска бесплатный характер октября не может визуализировать утечки ориентировочные сосудистые дисфункции.

Этот протокол описывает Роман Мультимодальная платформа для 3D объемного флуоресценции сетчатки воображения, а именно наклонный сканирование лазерная офтальмоскопия (Осло). В этой системе визуализации наклонный сканирование генерируется ползунок хвост голубь, и окончательной визуализации системы выравнивается в угол обнаружения флуоресценции кросс-секционные изображений. Эта система использует лазерные методы проверки, и эти методы позволяют легко включения с октября как взаимодополняющие объемные структурных изображений модальности. Текущее разрешение глубина около 25 мкм в сетчатке крыса и поле зрения составляет 30°. По существу, Осло позволяет флуоресцентные версии OCT и одновременно может сочетаться с октября и оста над большой ПЗ.

В этом протоколе мы будем описывать установку Осло, метод выравнивания и строительства, метод в vivo томография сетчатки крыс и представитель результаты.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

Все методы, описанные здесь были одобрены животное уход и использование Комитета (ACUC) из Бостонского медицинского центра.

1. системы установки

  1. Система Осло
    1. Используйте в качестве системы лазерного источника суперконтинуум лазерного источника.
      1. Отделите видимого света диапазона (450-650 Нм) от выше диапазона длин волн (650-2000 Нм), дихроичное зеркало (DM1). Расширьте спектр с парой Дисперсионные призмы после луч, проходя через splitter луча поляризации (PBS).
      2. Место щели, чтобы выбрать диапазон волны возбуждения (475-495 нм). Используйте Светоотражающий зеркало, чтобы отразить отфильтрованных луч обратно в призму пар и затем пара свет в одномодового волокна (SMF 1).
      3. Используйте спектрометр для подтверждения выбора длины волны на выходе одномодового волокна.
    2. Одномодового волокна соединить две муфты каскадом волоконно-оптических, как показано на рисунке 2. Один из порта вывода волокна от второго волокна стяжка обеспечивает свет к системе Осло.
    3. Collimate лазер сначала в системе Осло.
      1. Отвлечь лазер, зеркальный гальванометр (GM1). Реле лазер второй зеркальный гальванометр (GM2) 1:1 телескоп системы и далее реле для зрачка глаза системой телескоп 3:1.
      2. Установите дихроичное зеркало (DM2) в системе 3:1 телескоп для отражения сигналов флуоресценции.
    4. Смонтируйте систему телескоп 3:1 и дихроичное зеркало (DM2) на индивидуальные голубь хвост ползунок компенсировать оптической оси и создать косой, сканирование освещенности, как показано на рисунке 3. Используйте суппорт для точного управления смещения длины по желанию.
    5. Флуоресценции изображений оптического пути.
      1. Отражать флуоресценции дихроичное зеркало и реле третьего зеркальный гальванометр для исключения из проверки медленное сканирование.
      2. Реле света изображения объектива другой системой телескоп 1:1. Установка выше оптика на этапе перевода.
        Примечание: Этапы два дополнительных перевода устанавливаются под третьего зеркальный гальванометр (GM3) для обеспечения избыточности в степеней свободы для оптимизации изображения.
    6. Смонтировать систему окончательной визуализации на сцене, которая имеет три степени свободы (вращение и две оси перевода). Используйте плоские камеру для захвата изображений поперечного сечения флуоресценции.
  2. Оптическая когерентная томография системы
    1. Используйте один и тот же источник лазера суперконтинуум как системы лазерного источника.
      1. Отделите ближнего инфракрасного диапазона (NIR) (650-900 нм) от остальных света (650-2000 Нм), другой дихроичное зеркало (дм3). Используйте фильтр длинный пас для дальнейшего ограничения пропускной способности до 800-900 нм. Пара пучка в одномодового волокна (SMF 2).
    2. Подключите одномодового волокна к другой входной порт две муфты каскадом волоконно-оптических сочетать с голубой Осло возбуждения. Прямой свет от второго вывода порта второй стяжку волокна на руке ссылка OCT, который имеет фильтр нейтральной плотности переменной (VNDF), дисперсия компенсации пластины и отражающих зеркал.
      Примечание: Свет вернулся из ссылки рука и глаз разбивку на втором муфты оптического волокна и доставляется в Сен-спектрометр для сбора сигнал.
  3. Сбор данных
    1. Использование данных приобретение системы программного обеспечения написана в LabVIEW и изменения от сканирующий протокола окта-7,-8,-9,-10. Для каждого B-скан, 80% ПВ увидел зуб с 500 шагов вывода аналогового вывода Советом (AO1) для управления x' быстрого сканирования зеркало, GM2.
    2. Триггер линии сканирования камеры на каждом шаге для получения данных для развертывания Office только тогда, когда зеркало находится в переднем направлении сканирования. Установите время экспозиции для линии сканирования камеры быть 17 МКС.
    3. Для получения сигнала OCTA, повторите измерение 5 раз в том же месте B-скан.
    4. Установите АО показатель на 100 кГц и уровень OCT-line на 50 кГц. Управление y' медленно сканирования зеркало, GM1, наращивает сигнала. Исключения из сканирования зеркало, GM3, синхронизируйте с GM1 для исключения из проверки медленное сканирование.
    5. Триггер Вселенский камеры Советом еще один аналоговый выход (AO2), чтобы захватить один флуоресцентного изображения на каждом y' местоположение. Кадрирование изображений размер или Бен сосед пикселей для увеличения скорости и чувствительности по желанию.

2. Система выравнивания

  1. Отрегулируйте щели в Осло источник света для выбора длины волны голубые возбуждения. Используйте спектрометр для мониторинга спектральный диапазон около 475-490 Нм.
  2. Ползунок горе хвост голубь, который Сдвиг оптической оси на ~ 5 мм. Это приведет к смещение на ученик крыса, ~1.7 мм, что приводит к косой угол ~ 15° на сетчатке.
  3. Настройте перевод этапе флуоресценции обнаружения оптики, же 5 мм.
  4. Отрегулируйте окончательный флюоресценция системы быть ~ 30°.
  5. Измерения оптической мощности, с помощью измерителя мощности. Убедитесь, что синий мощность возбуждения Осло ≤0.2 МВт и OCT лазера мощностью ≤0.8 МВт, которая не вызовет повреждения сетчатки.
    Примечание: Основываясь на стандарте ANSI, максимальный разрешительных (ПДВ) для сетчатки соответствует на уровне ~ 2МВт7,8 в видимом диапазоне света. Согласно формуле, Delori и др. 9, ПДВ для ближнего инфракрасного света примерно в два раза выше, чем видимый свет, в около 4 МВт.

3. в естественных условиях животных эксперимент

  1. Передача 12-недель крыса мужчина долго Эванс в камеру всасывание. Анестезировать крыс с изофлюрановая 4,5% кислорода в течение 10 минут с скорости потока 2 Л/мин, изофлюрановая испарителем.
    1. Подтвердите глубины анестезии определяется отсутствием ухода рефлекс при межпальцевых пинча.
  2. После индукции место крысы на держатель 5-оси (x, y, z переводы, рыскания и тангажа). Обеспечивают дополнительное тепло с помощью Подогреваемый столик, циркулирующих одеяло теплой воды или другой подходящий метод в длительный эксперимент. Поддержание анестезии на 1,5% isofluorane с скорость потока 2 л/мин в течение оставшейся части эксперимента. Когда не используете камеру всасывание активных выхлопа, индукции камеры должны быть помещены на таблицу Обратная тяга или нисходящего движения или под трубку, чтобы очистить изофлюрановая.
  3. Разбавить ученик с 1% Тропикамид офтальмологический раствор на 2 минуты. Применить офтальмологический раствор HCl тетракаин 0,5% на крыс глаз для дополнительных местной анестезией, в случае необходимости. Держите глаза, увлажненной с коммерческой искусственные слезы по крайней мере один раз каждую минуту во время эксперимента.
  4. Придать флуоресцеин соли (10% w/w) или FITC (10% w/w) разводят в стерильного физиологического раствора (0,1-0,3 мл) через Вену хвост с 1 мл раствора иглу шприца и 29G.
  5. Включите источник лазера. Место фильтр нейтральной плотности для ослабления синий свет возбуждения во время выравнивания. Измерения силы света OCT быть ~0.8 МВт и синий свет < 0,01 МВт, чтобы избежать формирования катаракты.
  6. Запустите режим проверки и выравнивание гальванометра. Отрегулируйте высоту глаз мяч, чтобы сделать стационарных лазерного пятна на роговице. Отрегулируйте положение глаз крыса сделать обод ученика примерно перпендикулярно лазер и компенсировать лазер в апикальной центр глаза о ~1.5 мм.
  7. Далее настройте владельца животного до тех пор, пока Окт изображения достичь оптимального качества. В x' быстрое сканирование направление, убедитесь, что поперечного сечения B-скан изображения отображается плоской. При переключении на y' медленно сканирования направление, убедитесь, что сечение B-скан изображения появляется наклонена, благодаря наклонный сканирования.
  8. Удалите фильтр нейтральной плотности для синего света возбуждения и контролировать в реальном времени, кормить из камеры. Крест секционные флуоресцентные изображение должно появиться показаны кровеносных сосудов, появляясь в разных глубинах.
    1. Отрегулируйте фокус заключительном флуоресцирования, визуализации системы для достижения оптимального фокуса. Дать точную регулировку положения глаз в боковой плоскости для достижения оптимального качества изображения Осло.
  9. После выравнивания начинают приобретать окта одновременное и объемные fluorescein ангиография (vFA).
  10. Постройте объемных изображений для OCTA и Осло на Matlab. В деталях10ранее описаны алгоритмы. Генерировать сетчатки vasculatures, глубина решена путем сегментации изображений.
  11. После завершения обработки изображений, выключите лазер, освободить животных и применять некоторые глазная мазь на глазах и затем поместите животное в окне восстановления.
  12. Не оставляйте животное без присмотра до тех пор, пока он сознание достаточно для поддержания грудной recumbency или за институциональной политики.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

На рисунке 4a показывает поперечного сечения OCT изображение сетчатки крыс. Рисунок 4b -4 c показывают же сетчатки поперечные изображения окта- и Осло vFA, приобретенных в то же время. Осло позволяет поперечного сечения FA аналогии в OCT Б-скан. По сравнению с OCTA Осло vFA поперечного сечения изображения четко идентифицирует судов в слой нервных волокон (НФЛ) и слоя клеток ганглия (GCL) и капилляров в внешний сп...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Здесь мы описали Осло, в естественных условиях объемного флуоресцентные сетчатки изображений технику с ПЗ свыше 30 °. По сравнению с октября, текущий стандарт медицинской помощи визуализации метод в офтальмологии, Осло предлагает аналогичные 3D визуализации возможность еще позволяет флуоресценции контраст, что октября не чувствителен к. Преимущество Осло заключается в том, что он требует только одного растрового сканирования и таким образом позволяет бесшовные сочетание OCT, обеспечивая два взаимодополняющих мет...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Ji Yi имеет отложенный патент на Осло. Другие авторы заявляют не конкурирующих финансовых интересов.

Благодарности

Финансирование осуществляется из Эванс медицинский фонд финансирования от Бостонского медицинского центра, а также договор субподряда от НИЗ 5R01CA183101, Бу-CTSI пилот Грант 1UL1TR001430, Бу-Джослин пилотной программы и Бу-CTSI KL2TR001411.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Суперконтинуумный лазерный источникNKT PhotonicsSuperK EXTREME EXU-OCT6
Дихроичное зеркало (DM1)Thorlabs
DM2)зеркало ChromaZT514/1064RPC
(DM3)ThorlabsDMLP900R
одномодовое волокно (SMF 1)ThorlabsP3-460B-FC-2
Одномодовое волокно (SMF 2)ThorlabsP3-780A-FC-2
Оптоволоконный соединительThorlabsTW850R5A2
1:1 Телескопическая системаThorlabsAC254-100-A×
3:1 Системателескопов ThorlabsAC254-150-A×
3:1 Система телескоповThorlabsAC254-50-A×
Зеркала Galvo (GM1,GM2)ThorlabsGVS201×
De-sacn Galvo Mirrors (GM3)ThorlabsGVS011
Объектив Lens OlympusUplanSApo 20×/0.75
Система финальной визуализацииOlympusUplanFL N 10×/0.3
Система финальной визуализацииComputar12-36mm/1:2.8
КамераPCOPco.pixelfly usb
ФильтрThorlabsFEL0800
установленный бесступенчатый нейтральный фильтрThorlabsNDC-50C-4M-A
Камера линейного сканированияThorlabsSPL2048-140K
Аналоговая выходная плата (AO1)АналоговаяNational Instrument PCI-6731
(AO2)National InstrumentPCIe-6351
Длинночастотный фильтрТорлабсFEL0800
Дихроичное зеркало DMLP650R (Дихроичное 2222 выходная плата

Ссылки

  1. Webb, R. H., Hughes, G. W., Delori, F. C. Confocal scanning laser ophthalmoscope. Applied Optics. 26 (8), 1492-1499 (1987).
  2. Roorda, A., et al. Adaptive optics scanning laser ophthalmoscopy. Optics Express. 10 (9), 405-412 (2002).
  3. Huang, D., et al. Optical coherence tomography. Science. 254 (5035), 1178-1181 (1991).
  4. 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).
  5. Jia, Y., et al. Quantitative Optical Coherence Tomography Angiography of Choroidal Neovascularization in Age-Related Macular Degeneration. Ophthalmology. 121 (7), 1435-1444 (2014).
  6. Chen, C. -L., Wang, R. K. Optical coherence tomography based angiography [Invited]. Biomedical Optics Express. 8 (2), 1056-1082 (2017).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Теги

Смешанных объемные сетчатки, Imaging наклонный офтальмоскопия лазерного сканирования (Осло) и оптическая когерентная томография (Окт)
Свяжитесь с нами
Рекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

Авторские права © 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.