Integrerad fotoakustisk oftalmoskopi och Spectral-domän optisk koherens tomografi
Summary
Fotoakustisk oftalmologi (PAOM), en optisk absorption baserad avbildning modalitet ger kompletterande utvärderingen av näthinnan till nu tillgängliga tekniker oftalmiska avbildning. Vi rapporterar använda i PAOM integreras med spektral-domän optisk koherens tomografi (SD-oktober) för samtidig multimodala retinal avbildning hos råttor.
Abstract
Både den kliniska diagnosen och grundläggande undersökningar av större ögonsjukdomar stor nytta olika icke-invasiva tekniker oftalmiska avbildning. Befintliga retinala avbildningsmetoder, såsom ögonbottenfotografering 1, konfokal skanning laser oftalmoskopi (cSLO) 2, och optisk koherens tomografi (oktober) 3, har betydande insatser i övervakningen sjukdomar starter och progressioner, och utveckla nya terapeutiska strategier. Men förlitar de främst på baksidan reflekterade fotoner från näthinnan. Som en följd av de optiska absorptionsegenskaper i näthinnan, som vanligtvis är starkt förknippade med retinal patofysiologi status, är oåtkomliga från de traditionella imaging teknik.
Fotoakustisk oftalmoskopi (PAOM) är en växande näthinnan avbildning modalitet som tillåter detektion av den optiska absorptionen kontraster i ögat med en hög känslighet 4-7. I PAOM nanosecond laserpulser avges genom pupillen och skannas över den bakre ögat för att framkalla fotoakustiska (PA) signaler, som detekteras av en ofokuserad ultraljudomvandlare fäst ögonlocket. På grund av den starka optiska absorptionen av hemoglobin och melanin, är PAOM förmåga noninvasivt avbildning av retinala och koroidala vasculatures, och näthinnans pigmentepitel (RPE) melanin vid höga kontraster 6,7. Ännu viktigare, baserat på välutvecklade spektroskopiska fotoakustisk avbildning 5,8 har PAOM potential att kartlägga mättnad hemoglobin syre i retinala kärl, vilket kan vara avgörande för att studera fysiologi och patologi av flera bländande sjukdomar 9 såsom diabetesretinopati och neovaskulärt åldersrelaterad makuladegeneration.
Dessutom är den enda existerande optiska absorptionen baserad oftalmisk avbildning modalitet, kan PAOM integreras med väl etablerad klinisk oftalmisk avbildning techniques att uppnå mer omfattande anatomiska och funktionella utvärderingar av ögat baserat på flera optiska kontraster 6,10. I detta arbete integrerar vi PAOM och spektrala-domän oktober (SD-oktober) för att samtidigt in vivo retinal avbildning av råtta, där både optisk absorption och egenskaper spridning av näthinnan avslöjas. Systemkonfiguration, systemets anpassning och bildhantering förvärvet presenteras.
Protocol
Representative Results
Discussion
Här presenterar vi en detaljerad instruktion för samtidigt in vivo retinal avbildning av råtta ögon med PAOM kombinerat med SD-oktober Optiska spridning-baserade SD-oktober är kanske den kliniska "gyllene standarden" för retinal avbildning 3, men det är inte känsligt för att upptäcka den optiska absorptionen i näthinnan. Den nyutvecklade PAOM är den enda optiska absorptionen baserad oftalmisk avbildning modalitet som ger optiska absorptionsegenskaper av näthinnan 6. …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi tackar generöst stöd från National Science Foundation (KARRIÄR CBET-1.055.379) och National Institutes of Health (1RC4EY021357, 1R01EY019951). Vi erkänner också stöd från Kina Stipendium rådet Wei Song.
References
- 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).
