Нова фотоакустична микроскопија и оптичка кохерентна томографија Двојно-модалитетна слика на хориоретинална слика

Резиме

Овој ракопис ја опишува новата структура и работата на фотоакустична микроскопија и систем на оптичка кохерентна томографија со двомодален режим за неинвазивно, без обележување хориоретинална слика на поголеми животни како зајаци.

Апстракт

Вовед

Во изминатите неколку децении се забележува експлозивен развој во областа на биомедицинската фотоакустична слика 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7., 8-ми. Врз основа на енергетската конверзија на светлината во звук, новите фотоакустични слики визуелизираат биолошки примероци на скали на органели, клетки, ткива, органи, мали животински цели тела и можат да ги откријат неговите анатомски, функционални, молекуларни, генетски и метаболни информации, 10, 11, 12. Фотоакустичното снимање откри уникатни употреби во голем број биомедицински полиња, клеточна биологија 13, 14, васкуларна биологија 15, 16, неврологија 17, 18., Онкологија 19, 20, 21, 22, Дерматологија 23, Фармакологија 24 и Хематологија 25, 26. Неговата примена во офталмологијата, г. Х. фотоакустичното снимање привлече значителен интерес од научници и клиничари и во моментов активно се изучува.

За таа цел, неодамна пријавивме неинвазивна хориоретинална слика без етикета кај живи зајаци со помош на интегрирана фотоакустична микроскопија (PAM) и спектрален домен OCT (SD-OCT) 38. Системот има одлични перформанси и беше во можност да ги визуелизира мрежницата и хориоидот на очите на поголемите животни врз основа на ендогена апсорпција и расејувачки контраст на окуларното ткиво. Прелиминарните резултати кај зајаците покажуваат дека ПЕМ може неинвазивно да ги разликува индивидуалните ретинални и хороидални крвни садови со ласерска доза на изложеност (

80 nJ) далеку под безбедноста на Американскиот национален институт за стандарди (ANSI) (160 nJ) на 570 nm- 39; и Алатката за фитинг во канцеларија би можела јасно да разреши различни слоеви на мрежницата, хороидната и склерата. Тоа е прва демонстрација на снимање на заден сегмент кај поголеми животни со ПЕМ и веројатно важен чекор кон клинички превод со оглед на тоа дека големината на очното јаболко на зајаците (18,1 мм) 40 е скоро 80% од аксијалната должина на луѓето со технологија (23, 9 мм).

Во оваа теза, даваме детален опис на системот за сликање со двомодален режим и експерименталните протоколи што се користат за неинвазивно, хориоретинално снимање без етикети кај живи зајаци и ги демонстрираме перформансите на системот преку репрезентативни ретинални и хороидни слики.

Потребна е претплата. Ве молиме, препорачајте JoАВО на вашиот библиотекар.

Протокол

Зајаците се опфатени со видови на Министерството за земјоделство на САД (USDA). Неговата употреба во биомедицински истражувања мора строго да се регулира. Сите експерименти со зајаци беа извршени во согласност со декларацијата на АРВО (Здружението за истражување на видот и офталмологијата) за употреба на животни при истражување на офталмологија и визија, по одобрување на лабораторискиот протокол за животни од страна на универзитетот. Комитет за употреба и нега на животните на Универзитетот во Мичиген (UCUCA) (Протокол PRO00006486, ЈУ Јанис Паулус).

  1. Откако ќе го испитате дното, користете ја камерата на дното за да го одделите V-Gel, доколку е поврзан. Исплакнете го окото со миење на очите, ставете флурбипрофен офталмолошки и неомицин и полимиксин Б сулфати и дексаметазон офталмолошка маст и затворете ги очите.
  2. Пренесете го зајакот со ќебе со вода што циркулира во комора за обновување. Заштитете ја содржината на кутијата од светлина и почекајте додека зајакот не се разбуди природно. За тоа време, следете ги животинските утроби на секои 15 минути и чувајте ги записите, а објектот за животни повторно копија за архивирање.
  3. Штом зајакот се разбуди и биде активен, алармирајте и одите нормално, транспортирајте ги назад до објектот за животни. Ако е планиран акутен експеримент, еутаназирајте го животното со раствор на еутаназија (на пример, Беутаназија, 0,22 мл/кг, интравенска инјекција во маргиналната ушна вена) и отфрлете го трупот.
  4. Вклучете ги софтверот и ласерите. Исчистете ја оптичката клупа.

Потребна е претплата. Ве молиме, препорачајте JoАВО на вашиот библиотекар.

Резултати од репрезентацијата

Системот за сликање со двомодален режим и експерименталниот протокол беа успешно тестирани во лабораторијата за автори со четири бели зајаци од Нов Зеланд. Следното покажува некои репрезентативни резултати.

илустрација 1 ја покажува шемата на системот за сликање со двомодален режим PAM и SD-OCT. Се состои од следниве модули: фотоакустичен извор на светлина, променлив ласерски атенуатор, колиматор на зракот, мерач на енергија, глава за скенирање, модул за откривање и стекнување на фотоакустични уреди, OCT уред и електроника за синхронизација. Деталните системски конфигурации се наведени во Дел 1.1.

Слика 2 покажува типични резултати од слики на зајачки хороидални садови стекнати со користење на двојно-модален систем за сликање. Слика 2 (а) е фотографија на фундусот што покажува дека хороидалните садови се дистрибуираат низ поголемиот дел од дно на зајакот, додека садовите на мрежницата се ограничени на медуларниот зрак. Слика 2 (б) е типична ПЕМ-слика која ја прикажува хориоидната васкулатура во рамките на фотографијата на дното. Хороидалните садови беа обележани со висока странична резолуција. Слика 2 (в) е слика со скенирање ОКТ добиена за да ви овозможи да ја разгледате анатомијата на дното и го потврдува присуството на хороидалните садови. Ретината, хориоидот и склерата може да се визуелизираат со висока аксијална резолуција со хороидалните садови под слојот на сликарство на епителот на ретиналниот пигмент (RPE).

Слика 3 покажува типични резултати од слики на васкулатурата на мрежницата на зајакот стекнати со користење на системот за сликање со двоен модалитет. Слики 3 буква а и Број 3 буква б 2D MIP и 3D волуметриска претстава на мрежничните садови се добиваат со PAM, соодветно. Слика 3 (в) покажува ортогонални парчиња 3Д-слика. Резултатите покажуваат дека ПЕМ исто така може да визуелизира индивидуални садови на мрежницата што лежат над нивото на RPE и да потврди дека садовите на мрежницата и хороидалните садови се на различна длабочина. Слика 3 (г) покажува соодветна слика на ОКТ Б, прикажува пресеци на одделните садови на мрежницата и слојот на нервните влакна (НФЛ).

фотоакустична

илустрација 1. Шема на интегрирана фотоакустична микроскопија и оптичка кохерентна томографија со двомодален систем за сликање. ОПО: Оптички параметарски осцилатор; БС: сплитер на зрак; ПД: фотодиода; М: огледало; ДМ: дихроични ретровизори; SL: цел на скенирање; OL: офталмолошка леќа; SMF: влакна со еден режим; DCG: стакло за компензација на дисперзија; CCD: полнач - споен. Кликнете овде за поголема верзија на оваа бројка.

нова

Слика 2. ПАМ и ОКТ двомодален снимање на хориоидни крвни садови во зајакот. (а) Фотографијата на фундусот покажува дека сите фундиорни хориоидални садови (ЦВ) се расфрлани, додека садовите на мрежницата (РВ) се ограничени во медуларниот зрак бидејќи зајаците се мерангиотични животни. (б) PAM C слика на CV што покажува дека PAM може да ги разграничи CV на висока странична резолуција. (в) Слика од ОКТ Б ја прикажува анатомската структура на дното на зајакот и аксијалната положба на хороидалните садови. GCL: слој на ганглионска клетка; INL: нуклеарен внатрешен слој; IPL: внатрешен плексиформен слој; САМО: нуклеарен надворешен слој; OPL: надворешен плексиформен слој; OLM: надворешна ограничувачка мембрана; ЕЗ: Елипсоидна зона; МZ: миоидна зона; ОС: надворешен сегмент; БМ, мембраната на Брух; ИЗ: зона на интердигитација 38. Кликнете овде за поголема верзија на оваа бројка.

микроскопија

Слика 3. ПАМ и ОКТ двомодален снимање на мрежнични садови кај зајаци. (а) PAM C слика на RV и CV. (б) 3Д волуметриски приказ на ПАМ-сликата. (в) 2Д ортогонални парчиња на PAM сликата покажуваат RV и CV на различна длабочина. (г) слика од ОКТ Б што покажува RV, NFL и склера 38. Кликнете овде за поголема верзија на оваа бројка.

Потребна е претплата. Ве молиме, препорачајте JoАВО на вашиот библиотекар.

Дискусија

Неоштетен и редовен филм за солзи е неопходен за висококвалитетни слики на дното. Неправилните и влошени филмови за кинење можат значително да влијаат на квалитетот на сликата 42. За да се избегне интегритетот на солзавецот и површинската корнеална пункција на кератопатија, важно е да се подмачкува рожницата со миење на очите многу често, околу секои две минути. Ако имате загриженост во врска со непроityирноста на окото, користете процеп ламба и ленти за флуоресцеин за да ги проверите условите на рожницата.

Неколку потешкотии можат да постојат за снимање на задниот сегмент на очите на поголеми животни, вклучително и слабеење на фотоакустичен сигнал со далечина, особено за компоненти со висока фреквенција, дехидратација на рожницата и оптички аберации. Фотоакустичната амплитуда на сигналот обично доживува значително слабеење пред да биде откриена од ултразвучен трансдуцерот во форма на игла. Колку е поголемо очното јаболко, толку е поголемо слабеењето. Големината на очното јаболко на зајакот (

18,1 mm) е околу три пати поголем од оној на стаорци и шест пати поголем од оној на глувците, што особено го отежнува снимањето на окото на зајакот. За разумен квалитет на сликата, се претпочита ласерски зрак со мал дијаметар (2 мм по зракот на колиматорот во оваа студија) и колимиран бран (идеално рамнобрано бран), бидејќи тоа ќе биде минимално под влијание на внатрешните оптички аберации на рожницата и може да биде добро за мрежницата бидете фокусирани Оваа точка е клучна во однос на намалување на дозата на ласерска експозиција и подобрување на резолуцијата на сликата. Покрај тоа, ултразвучен трансдуцер со централна фреквенција од 27 MHz отколку поголема централна фреквенција заснована на експериментални резултати покажува дека ова е максималниот ултразвучен сигнал на ова растојание.

Потребна е претплата. Ве молиме, препорачајте JoАВО на вашиот библиотекар.

Откривање

Авторите не откриваат ништо.

Признанија

Оваа работа беше поддржана од дарежливата поддршка на Националниот институт за очи 4K12EY022299 (YMP), борба за вид-меѓународна фондација за истражување на мрежницата FFS GIA16002 (YMP), целосна одделенска поддршка од истражување за спречување на слепило и Одделот за офталмологија на Универзитетот во Мичиген и визуелни науки. Оваа работа го користеше Основниот центар за визија за истражувањето P30 EY007003 финансирано од Националниот институт за очи.