Entegre Photoacoustic Oftalmoskopi ve Spektral-domain optik koherens tomografi

Photoacoustic oftalmoloji (PAOM), optik-soğurma tabanlı görüntüleme yöntemi, şu anda mevcut oftalmik görüntüleme teknolojileri retinanın tamamlayıcı değerlendirilmesini sağlar. Biz sıçanlarda eşzamanlı multimodal retina görüntüleme için spektral domain optik koherens tomografi (SD-OCT) ile entegre PAOM kullanılarak rapor.

Bu prosedürün genel amacı, küçük hayvanlarda retinanın eş zamanlı in vivo görüntülenmesi için Fotoakustik Oftalmoskopinin spektral alan optik koherens tomografi ile entegrasyonunu göstermektir. Bu, önce anestezi uygulanmış bir hayvanın hazırlanması, göz bebeğinin genişletilmesi ve iris sfinkter kasının felç edilmesiyle gerçekleştirilir. Daha sonra gerçek zamanlı S-D-O-C-T kesit görüntüleme, ilgilenilen retina bölgesini bulmak ve optik parametreleri optimize etmek için kullanılır.

Hayvanın göz kapağı ile temas edecek şekilde yerleştirilmiş bir iğne ultrasonik dönüştürücü, lazerle indüklenen fotoakustik sinyalleri algılar ve maksimum sinyal genliği için ultrasonik dönüştürücünün konumunu optimize eder. Son adımlar, tarama parametrelerini ayarlamak ve aynı anda S-D-O-C-T ve PAOM görüntülerini elde etmektir. Sonuç olarak, toplanan görüntülerden elde edilen optik absorpsiyon kontrastı ve optik saçılma kontrastı, ayrıntılı retina anatomisi ile birlikte retina dolaşımı ve pigment epitelinde çok küçük fonksiyonel varyasyonları ortaya çıkarabilir.

Forte oftalmoskop yeni geliştirilmiş bir oftalmik görüntüleme modernitesidir. Bu teknoloji, retinanın optik absorpsiyon kontrastını ortaya çıkarabilir ve bu nedenle görüntülemede mevcut moda göre potansiyel bir avantaja sahiptir. Retinal koroidal kas ağı ve retina pigment epiteli Spektral domain optik koherens tomografi, S-D-O-C-T, retinanın hacimsel bir görüntüsünü oluşturmak için banka yansıyan fotonlarla ilgilidir ve kliniklerde yaygın olarak kullanılmaktadır.

PAOM'un S-D-O-A-T ile entegrasyonu, retinanın daha kapsamlı anatomik ve fonksiyonel bilgilerini elde etmemizi sağlar. Fotoakustik oskopi alt sistemi, bir aydınlatma kaynağı olarak hizmet etmek için bir N-D-Y-A-G lazer içerir. 1064 nanometrede ayarlanan çıkış lazeri, bir beta baryum deliği ile 532 nanometreye iki katına çıkarılır.

Sekiz kristal. Bir lazer çizgi aynası bu ışını böler. Daha sonra 532 nanometre ışık, tek modlu bir optik fiber aracılığıyla iletilir ve 1064 nanometre lazer, fotoakustik sinyal alımını tetikleyen bir foto diyot tarafından kaydedilir.

Tek moddan çıkan lazer ışığı, optik fiber, bir galvanometre ve bir teleskop konfigürasyonu ile retinaya iletilir. Retinadan üretilen fotoakustik sinyalleri algılamak için göz kapağı ile temas edecek şekilde odaklanmamış bir iğne dönüştürücü yerleştirilir. İyi bir akustik bağlantı için dönüştürücü ucu ile hayvanın göz kapağı arasına ultrasonik jel uygulanır.

Fotoakustik sinyal, iki amplifikatör tarafından yükseltilir ve daha sonra bir veri toplama kartı ile sayısallaştırılır. Spektral alan optik koherens tomografi alt sistemi veya SD OCT, eksenel çözünürlüğü altı mikrometreye kadar belirleyen geniş bantlı bir süper ışıldayan diyot olan düşük tutarlı bir ışık kaynağı kullanır. Yakın kızılötesi ışık, numune koluna ve referans koluna ışık sağlayan 50'ye 50 ticari tek modlu bir fiber kuplör ile bölünür.

OCT numune koluna iletilen ışın, sıcak bir ayna tarafından PAOM aydınlatıcı ışıkla birleştirilir. Numune kolu, PAOM ile aynı tarama ve dağıtım optiklerini paylaşır. Son olarak, bir çizgi taramalı CCD kameranın 24 kilohertz'lik bir A hattı hızına izin verdiği S-D-O-C-T parazit sinyallerini kaydetmek için ev yapımı bir spektrometre kullanılır.

İki alt sistemi hizalamak için gereken birkaç adım vardır. İlk olarak, BBO kristalinin frekans ikiye katlama verimliliğini en üst düzeye çıkarın. İkinci olarak, PAOM'un fiber çıkış lazerini 2.0 milimetre çapa kadar harmanlayın.

Üçüncüsü, PAOM ve S-D-O-C-T'nin birleşik aydınlatma ışıklarını koaksiyel olacak şekilde hizalayın. Son olarak, PAOM uyarma ışığını darbe başına yaklaşık 40 nano joule olarak ayarlayın ve SDOCT problama ışığını yaklaşık 0,8 miliwatt'a ayarlayın. Bu ayarların her ikisinin de bir sıçan anestezi uygulandıktan sonra göz için güvenli olduğu bildirilmektedir.

Standart bir ISO flor protokolü kullanarak, fareyi beş eksenli ayarlanabilir serbestliğe sahip ev yapımı bir tutucuda tutun. Sıçanın vücut ısısını 37 santigrat dereceye yakın tutmak için, anesteziyi korumak için bir ısıtma yastığı kullanın. Deney boyunca fareye dakikada 1,5 litrelik bir akışta% 1 ISO flor sağlayın.

Şimdi, küçük bir cerrahi makas kullanarak kirpiği göz kapağından çıkarın, ardından %1 tropik yardımcı oftalmik solüsyon kullanarak öğrencileri genişletin, ardından %0.5 TETRAKAİN hidroklorür oftalmik solüsyon kullanarak iris sfinkter kasını felç edin. İşlem boyunca, farenin gözüne her iki dakikada bir yapay gözyaşı damlası uygulamak çok önemlidir. Ardından, SDO CT Aydınlatma ışığını açın ve prob ışığının yaklaşık 0,8 miliwatt olduğunu kontrol edin.

Şimdi galvanometre taramasını etkinleştirin. S-D-O-C-T ışınlama ışığını sıçan retinasına hizalayın ve beş eksenli hayvan tutucusunu ve bu bölgedeki görüş alanının merkezini ayarlayarak ilgilenilen retina bölgesini belirleyin. Optik disk bu örnekte görüntülenmiştir.

Retina kesiti görüntülemeyi tek bir tarama yönünde optimize etmek için hayvan tutucuyu daha fazla ayarlayın. Ardından raster tarama yönünü değiştirin ve en iyi odak noktası bulunana kadar ayarlamalar yapmaya devam edin. Şimdi, beş eksenli ayarlanabilir bir platforma bağlı iğne dönüştürücüsünü hazırlayın.

Dönüştürücü ucuna bir damla ultrasonik jel uygulayın ve dönüştürücü ucunu hayvanın göz kapağına nazikçe temas ettirin. PAOM lazeri harici tetikleme moduna ayarlayın. Galvanometre taramasını başlatın ve PAOM'un gerçek zamanlı ekranını etkinleştirin.

Kesitsel görüntüler. Hassasiyet bölgesinin PAOM lazerin tarama bölgesi ile iyi bir şekilde örtüşmesi için dönüştürücü yönünü dikkatlice ayarlayın. PAOM görüntüsü en iyi sinyal-gürültü oranına ve her iki tarama yönünde eşit olarak dağıtılmış PA genlik modellerine sahip olduğunda durun.

Şimdi iki galvanometre tarayıcısının tahrik voltajlarını ilgilenilen alanın boyutuna göre ayarlayın ve taramayı gerçekleştirin. Tarama tetiklendiğinde. GALVANOMETER tarafından hızlı bir 2D tarama taraması, hem PAOM lazer ateşlemesini hem de OCT spektrometresinin sinyal alımını tetikleyen bir analog çıkış kartı tarafından kontrol edilir.

Bu nedenle, iki alt sistemi senkronize etmek. PAOM lazer dizisini kaydeden bir fotoğraf DDE daha sonra PAOM veri alımını tetikler. Deneyden sonra, S-D-O-C-T sondalama ışığını kapatın ve hayvanı hemen tutucudan çıkarın.

Doğal olarak uyanana kadar hayvanı sıcak ve karanlıkta tutun. Daha sonra ısıtmayı kapatın ve bir saat daha karanlıkta tutun, Vue Construct adlı ücretsiz olarak kullanılabilen MATLAB tabanlı bir görselleştirme programını, 3D hacimsel görüntüleri ve 256 B Bcan görüntüsünden 2D fundus görüntülerini kullanarak üç boyutlu görüntüleri çevrimdışı olarak yeniden oluşturun. S-D-O-C-T ve PAOM'un 2D fundus görüntüleri bir albino sıçanda ve pigmentli bir sıçanda aynı anda elde edildi.

Maksimum tarama açısı 26 dereceydi ve görüntü elde etme süresi yaklaşık 2,7 saniyeydi. S-D-O-C-T fundus görüntülerinde, sondalama ışığının hemoglobin absorpsiyonu nedeniyle retina damarları karanlık bir görünüme sahiptir. Pigmentli gözün yüksek melanin konsantrasyonuna sahip olması nedeniyle, PAOM görüntüleri, retina damarlarına ek olarak retina pigment epitelini veya RPE'yi yüksek kontrastlı olarak gösterir, çünkü albino gözde burada RPE melanin yoktur, PAOM retina damarlarını ve koroid vaskülatürünü görselleştirir P-A-O-M-A'nın üç boyutlu görüntüleme yeteneğini göstermek için bu görüntünün hacimsel render'ı yapılmıştır.

Bir kez ustalaştıktan sonra, bu görüntüleme işlemi 10 dakika içinde tamamlanabilir. POM'un diyabetik retinopati ve retina dejenerasyonu gibi çeşitli kör edici hastalıkların hem temel anlayışında hem de klinik tanısında önemli bir rol oynayacağını tahmin ediyoruz.