Integreret Photoacoustic oftalmoskopi og Spectral-domænet Optical Coherence Tomography
Summary
Photoacoustic oftalmologi (PAOM), en optisk-absorption-baserede imaging modalitet, giver den supplerende evaluering af nethinden til de aktuelt tilgængelige ophthalmiske imaging teknologier. Vi rapporterer hjælp af PAOM integreret med spektral-domæne optisk kohærens tomografi (SD-OLT) til samtidig multimodale retinal imaging hos rotter.
Abstract
Både den kliniske diagnose og grundlæggende undersøgelser af vigtige øjensygdomme stor gavn af forskellige ikke-invasive ophthalmiske imaging teknologier. Eksisterende retinale billeddiagnostiske metoder såsom fundus fotografering 1, konfokal scanning laser oftalmoskopi (cSLO) 2, og optisk kohærens tomografi (OCT) 3, har betydelige bidrag i overvågningen sygdom indledninger og progressioner, og udvikle nye terapeutiske strategier. Men de overvejende afhængige af back-reflekterede fotoner fra nethinden. Som følge heraf er de optiske absorptionsegenskaber af nethinden, som normalt stærkt associeret med retinal patofysiologi status, utilgængelige fra den traditionelle imagografiteknikker.
Fotoakustisk oftalmoskopi (PAOM) er en ny retinal afbildningsmodalitet, der tillader detektion af de optiske absorptions kontraster i øjet med en høj følsomhed 4-7. I PAOM nanosecond laserimpulser leveres gennem pupillen og scannes over den bageste øjet at inducere fotoakustisk (PA) signaler, som detekteres af en ufokuseret ultralydtransducer fastgjort til øjenlåget. På grund af den kraftige optiske absorption af hæmoglobin og melanin, er PAOM i stand til ikke-invasivt billeddannelse de retinale og choroidale vasculatures, og det retinale pigmentepitel (RPE) melanin ved høje kontraster 6,7. Hvad vigtigere er, baseret på den veludviklede spektroskopisk fotoakustisk billeddannelse 5,8, PAOM har potentiale til at kortlægge hæmoglobinoxygenmætning i nethindekar, hvilket kan være kritisk i at studere fysiologi og patologi af flere blindende sygdomme 9 såsom diabetisk retinopati og neovaskulær aldersrelateret maculadegeneration.
Desuden er den eneste eksisterende optiske absorption-baserede oftalmisk afbildningsmodalitet kan PAOM blive integreret med veletablerede kliniske ophthalmiske imaging techniques at opnå mere omfattende anatomiske og funktionelle evalueringer af øjet baseret på flere optiske kontraster 6,10. I dette arbejde, integrerer vi PAOM og spektral-domæne OCT (SD-OLT) til samtidig in vivo retinal billeddannelse af rotte, hvor både optisk absorption og spredning egenskaber af nethinden er afsløret. Det systemkonfiguration, system tilpasning og imaging erhvervelse præsenteres.
Protocol
Representative Results
Discussion
Her præsenterer vi en detaljeret instruktion om samtidig in vivo retinal imaging af rotte øjnene ved hjælp af PAOM kombineret med SD-okt. Optisk spredning baseret SD-oktober er måske det kliniske "gold standard" for retinal imaging 3, men det er ikke følsom til at påvise den optiske absorption i nethinden. Den nyudviklede PAOM er det eneste optiske absorption-baserede ophthalmiske afbildningsmodalitet, der tilvejebringer optiske absorptionsegenskaber af nethinden 6. Fordi h…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi takker den generøse støtte fra National Science Foundation (KARRIERE CBET-1.055.379) og National Institutes of Health (1RC4EY021357, 1R01EY019951). Vi har også anerkender støtten fra Kina Scholarship Rådet Wei Song.
Riferimenti
- Kinyoun, J. L., Martin, D. C., Fujimoto, W. Y., Leonetti, D. L. Ophthalmoscopy versus fundus photographs for detecting and grading diabetic retinopathy. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 33 (6), 1888-1893 (1992).
- Schuman, J. S., Wollstein, G., Farra, T., Hertzmark, E., Aydin, A., Fujimoto, J. G., Paunescu, L. A. Comparison of optic nerve head measurements obtained by optical coherence tomography and confocal scanning laser ophthalmoscopy. Am. J. Ophthalmol. 135 (4), 504-512 (2003).
- Strøm, C., Sander, B., Larsen, N., Larsen, M., Lund-Andersen, H. Diabetic macular edema assessed with optical coherence tomography and stereo fundus photography. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 43 (1), 241-245 (2002).
- Hu, S., Maslov, K., Wang, L. V. Three-dimensional Optical-resolution Photoacoustic Microscopy. J. Vis. Exp. (51), e2729 (2011).
- Wang, L. V. Multiscale photoacoustic microscopy and computed tomography. Nat. Photonics. 3 (9), 503-509 (2009).
- Jiao, S., Jiang, M., Hu, J., Fawzi, A., Zhou, Q., Shung, K. K., Puliafito, C. A., Zhang, H. F. Photoacoustic ophthalmoscopy for in vivo retinal imaging. Opt. Express. 18 (4), 3967-3972 (2010).
- Wei, Q., Liu, T., Jiao, S., Zhang, H. F. Image chorioretinal vasculature in albino rats using photoacoustic ophthalmoscopy. J. Mod. Optic. 58 (21), 1997-2001 (2011).
- Liu, T., Wei, Q., Wang, J., Jiao, S., Zhang, H.F Combined photoacoustic microscopy and optical coherence tomography can measure metabolic rate of oxygen. Biomed. Opt. Express. 2 (5), 1359-1365 (2011).
- Yu, D., Cringle, S. J. Oxygen distribution and consumption within the retina in vascularised and avascular retinas and in animal models of retinal disease. Prog. Retin. Eye Res. 20 (2), 175-208 (2001).
- Song, W., Wei, Q., Liu, T., Kuai, D., Burke, J. M., Jiao, S., Zhang, H. F. Integrating photoacoustic ophthalmoscopy with scanning laser ophthalmoscopy, optical coherence tomography, and fluorescein angiography for a multimodal retinal imaging platform. J. Biomed. Opt. 17 (6), 061206 (2012).
- Mark, E. . Brezinski Optical Coherence Tomography: Principles and Applications. , (2006).
- Hu, S., Rao, B., Maslov, K., Wang, L. V. Label-free photoacoustic ophthalmic angiography. Opt. Lett. 35 (1), 1-3 (2010).
- Zhang, H. F., Maslov, K., Wang, L. V. In vivo imaging of subcutaneous structures using functional photoacoustic microscopy. Nature protocols. 2, 797-804 (2007).
- Ling, T., Chen, S. L., Guo, L. J. High-sensitivity and wide-directivity ultrasound detection using high Q polymer microring resonators. Appl. Phys. Lett. 98 (20), 204103 (2011).
- Xie, Z., Jiao, S., Zhang, H. F., Puliafito, C. A. Laser-scanning optical-resolution photoacoustic microscopy. Opt. Lett. 34, 1771-1773 (2009).
