עם מודאלים מרובים נפח הרשתית הדמיה על ידי עקיפה סריקת לייזר Ophthalmoscopy (אוסלו) ו טומוגרפיה אופטית קוהרנטית (אוקטובר)

Summary

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.

Abstract

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).

Introduction

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 הדם^4,5,6, 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.

Protocol

כל השיטות המתוארות כאן אושרו על ידי חיה על עצמך ועל שימוש הוועדה (ACUC) של המרכז הרפואי בוסטון.

1. מערכת ההתקנה

1. מערכת אוסלו
   1. השתמש מקור לייזר supercontinuum כמקור לייזר המערכת.
      1. 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).
      2. 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).
      3. השתמש ספקטרומטר כדי לאשר את הבחירה גל על הפלט של סיבי סינגל מוד.
   2. לחבר סיבים סינגל מוד שני לשלוחות סיב אופטי מדורגים כמוצג באיור2. מספק אחד של יציאת פלט סיב מ מצמד סיבים השנייה האור במערכת אוסלו.
   3. Collimate הלייזר הראשון במערכת אוסלו.
      1. 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.
      2. יש להתקין מראה ודיקרואיק זוהר (DM2) בתוך מערכת 3:1 טלסקופ כדי לשקף את האותות זריחה.
   4. 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.
   5. קרינה פלואורסצנטית דימות אופטי.
      1. משקפים את זריחה על ידי במראה ודיקרואיק זוהר, ממסר למראה גלוונומטר השלישי מבטל את סרוק סריקה איטי.
      2. 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.
   6. 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.
2. מערכת טומוגרפיה אופטית קוהרנטית
   1. השתמש מאותו המקור לייזר supercontinuum כמקור לייזר המערכת.
      1. 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).
   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.
3. חדרי קירור והקפאה
   1. להשתמש על רכישת מערכת תוכנה נתונים בכתב LabVIEW ולשנות מתוך הפרוטוקול סריקה של OCTA^7,8,9,10. 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.
   2. 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.
   3. כדי לרכוש את האות OCTA, חזור על המדידה 5 פעמים ב B-scan באותו המיקום.
   4. 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.
   5. 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

1. 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.
2. 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.
3. להתאים את הבמה תרגום של אופטיקה זיהוי ידי קרינה פלואורסצנטית באותו 5 מ מ.
4. התאם את פלורסצנטיות הסופי הדמיה למערכת להיות ~ 30°.
5. 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

1. 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.
   1. לאשר עומק ההרדמה כפי שנקבע על ידי חוסר רפלקס הנסיגה במהלך קמצוץ מאמבטיה.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. 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.
7. 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.
8. 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.
   1. 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.
9. לאחר היישור, מתחיל לרכוש בו זמנית OCTA ו- fluorescein הנפחי מסתמים (vFA).
10. לבנות את התמונות הנפחי הן OCTA והן אוסלו מאת Matlab. האלגוריתמים מתוארים בעבר פרט¹⁰. ליצור עומק-נפתרה vasculatures רשתית מאת סגמנטציה.
11. לאחר השלמת ההדמיה, לבטל את הלייזר, לשחרר את החיה, למרוח משחה אופטלמולוגיות העיניים, ולאחר מכן מקם החיה בתוך קופסה שחזור.
12. אין להשאיר את החיה ללא השגחה עד זה שהכרתו מספיק כדי לשמור על recumbency בחזה ובצלעות או כמו לכל מדיניות מוסדית.

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 ...

Discussion

. 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 טכ?...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Supercontinuum Laser Source	NKT Photonics	SuperK EXTREME EXU-OCT6
Dichroic Mirror (DM1)	Thorlabs	DMLP650R
Dichroic Mirror (DM2)	Chroma	ZT514/1064rpc
Dichroic Mirror (DM3)	Thorlabs	DMLP900R
Single Mode Fiber (SMF 1)	Thorlabs	P3-460B-FC-2
Single Mode Fiber (SMF 2)	Thorlabs	P3-780A-FC-2
Optic Fiber Coupler	Thorlabs	TW850R5A2
1:1 Telescope System	Thorlabs	AC254-100-A×2
3:1 Telescope System	Thorlabs	AC254-150-A×2
3:1 Telescope System	Thorlabs	AC254-50-A×2
Galvo Mirrors (GM1,GM2)	Thorlabs	GVS201×2
De-sacn Galvo Mirrors (GM3)	Thorlabs	GVS011
Objective Lens	Olympus	UplanSApo 20×/0.75
Final imaging system	Olympus	UplanFL N 10×/0.3
Final imaging system	Computar	12-36mm/1:2.8
Camera	PCO	Pco.pixelfly usb
Filter	Thorlabs	FEL0800
Mounted Continuously Variable ND Filter	Thorlabs	NDC-50C-4M-A
Line Scan Camera	Thorlabs	SPL2048-140K
Analog Output Board (AO1)	National Instrument	PCI-6731
Analog Output Board (AO2)	National Instrument	PCIe-6351
Long pass filter	Thorlabs	FEL0800