Jump to content

Оптическая когерентная эластография

Оптическая когерентная эластография ( ОКЭ ) — это новый метод визуализации, используемый в биомедицинской визуализации для формирования изображений биологической ткани на микронном и субмикронном уровне и картирования биомеханических свойств ткани. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]

Введение

[ редактировать ]

Эластография была впервые использована в 1979 году. [ 4 ] и последующий прогресс в этой области был обширным, основанным в основном на ультразвуке и магнитно-резонансной томографии. [ 5 ] [ 6 ] Оптические методы эластографии также были предложены для исследования механических свойств тканей, начиная, по крайней мере, с 1950-х годов. [ 7 ] В 1998 году Шмитт впервые предложил оптическую когерентную эластографию (ОКЭ), используя оптическую когерентную томографию (ОКТ) для обнаружения деформации образца с разрешением по глубине, вызванной квазистатическим сжатием. [ 8 ] Первая ОКТ-эластография артерий была проведена группой Брезинского в 2004 году. [ 9 ] Но термин «оптическая когерентная эластография» был впервые использован в статье Бретта Баумы в 2004 году. [ 10 ]

Не требующий инъекций OCE представляет собой неинвазивный метод визуализации, который дает более подробную информацию, чем УЗИ или МРТ . Используя источник света для изображения биологической ткани, OCE считается в целом безопасным по сравнению с компьютерной томографией и другими методами рентгенографической визуализации, которые связаны с ионизирующим излучением . Кроме того, это более доступно и экономит время по сравнению с МРТ. Однако OCE также может вызвать повреждение тканей при некоторых манипуляциях. Например, поверхностная акустическая волна ОВЭ может вызвать на ткани преимущественно температурное воздействие. В точке фокусировки температура ткани будет локально повышаться. Поэтому необходимо учитывать это в определенных обстоятельствах. [ нужна ссылка ]

OCE характеризуется своей нишей в промежуточном пространственном разрешении (10–100 с мкм). [ 8 ] и степень проникновения, а также, благодаря использованию оптической интерферометрии , его высокая чувствительность к небольшим механическим изменениям - на уровне микродеформаций. Однако он все еще находится на ранней стадии разработки и требует дополнительной клинической практики, прежде чем выйдет на рынок.

Хотя оптическая когерентная томография (ОКТ) предоставляет важную информацию для диагностики, ее часто недостаточно для ранней диагностики, до того, как произойдут структурные изменения. Эластография, демонстрация эластических свойств мягких тканей, может выполняться с помощью ультразвука, магнитно-резонансной томографии (МРТ) или ОКТ. Доказано, что эластография позволяет охарактеризовать ткани глаза. [ 11 ]

Ткань демонстрирует различную степень вязкоэластичности (зависящую от времени реакцию на нагрузку), пороэластичности (наличие заполненных жидкостью пор или каналов) и анизотропии, а также нелинейную зависимость между эластичностью и приложенной нагрузкой. В качестве отправной точки для установления связи между эластичностью и смещением обычно делается ряд упрощающих предположений о поведении и структуре ткани. Чаще всего ткань представляют как линейное упругое твердое тело с изотропными механическими свойствами. Предположение о линейности обычно справедливо для уровня деформации (обычно <10%), применяемой в эластографии. [ 8 ]

Выбранные приложения

[ редактировать ]

Оптическая когерентная эластография имеет большие перспективы для обнаружения и мониторинга измененных механических свойств, которые сопровождают многие клинические состояния и патологии, особенно при раке, сердечно-сосудистых заболеваниях и заболеваниях глаз. [ нужна ссылка ]

Офтальмология

[ редактировать ]

В офтальмологии OCE можно использовать для характеристики механических свойств роговицы с целью диагностики сопутствующих глазных заболеваний: особенно для диагностики и оценки свойств кератоконуса , что дает необходимую информацию для создания адаптивных биомеханических моделей роговицы для оптимизации индивидуальных особенностей. процедура лазерной абляции. [ 12 ] Это также помогает улучшить управление терапией сшивки коллагена. [ 13 ] Методы, использующие ОХЭ для изучения этих свойств, все еще находятся в стадии изучения, и некоторые из них, перечисленные ниже, кажутся многообещающими для клинического использования. Методы можно разделить на две основные категории в зависимости от необходимых взаимодействий: контактное и бесконтактное обнаружение.

Обнаружение контактов

[ редактировать ]

При контактном выявлении с помощью стандартной клинической гониоскопии [ 14 ] Прямой контакт с роговицей при помощи гониоскопии создает статическое сжатие, и результирующая амплитуда смещения внутри роговицы в ответ на сжатие указывает на неоднородные механические свойства роговицы.

Бесконтактное обнаружение

[ редактировать ]

Бесконтактные методы обнаружения, включая создание механических контрастов с помощью импульсного лазера и целенаправленной стимуляции воздушным потоком. [ 15 ] [ 16 ] Бесконтактные методы обнаружения ОХЭ с большей вероятностью найдут применение в клинической практике, поскольку они более удобны и применимы для пациентов. Импульсный лазер используется для генерации поверхностных акустических волн на роговице, после чего можно получить количественные измерения модуля Юнга роговицы [122]. Сфокусированная струя воздуха, описываемая как короткая длительность (<1 мс) и низкое давление (уровень паскаля), способна измерять жесткость роговицы с помощью безопасного и легко контролируемого стимула. [ 16 ]

Дерматология

[ редактировать ]

Эластичность кожи может указывать на сопутствующие патологии, такие как склеродермия. [ 17 ] и рак. [ 18 ] Развитие технологии OCE могло бы обнаружить различия в жесткости слоев кожи человека in vivo. [ 19 ] Кроме того, благодаря динамической механической нагрузке, связанной с поверхностью кожи, OCE также способен выполнять измерения модуля Юнга на основе количественного определения скорости поверхностной волны на основе фазового сдвига профиля смещения. [ 15 ] и, таким образом, демонстрируя эффект гидратации и обезвоживания кожи человека in vivo.

онкология

[ редактировать ]

Визуализация иссеченных тканей ex vivo [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] выполнить двумерное картирование модуля упругости. Применяя статическую или динамическую сжимающую нагрузку, можно выделить различные области образца с разной жесткостью с помощью картирования амплитуды смещения. [ 20 ] на двумерной эластограмме с разрешением по глубине. Эксперименты показали, что такой метод можно использовать для обнаружения опухолевой области в тканях молочной железы крыс ex vivo.

Помощь в интраоперационной оценке [ 24 ] [ 25 ] путем обнаружения точного края опухоли. В последнее время применяется метод игольчатого OCE, который объединяет OCE с игольчатым зондом. [ 24 ] Кончик иглы действует как компрессионная нагрузка при введении в ткань, а результирующая амплитуда смещения ткани отображается в зависимости от глубины. [ 24 ] Таким образом можно было бы показать относительную жесткость различных областей ткани, а также резкое изменение напряжений, которое отличает границу опухоли от здоровой ткани. [ 24 ]

Кардиология

[ редактировать ]

Для улучшения лечения атеросклероза важную роль играет мониторинг стабильности бляшек путем механической характеристики артериальной стенки. [ 26 ] Эта задача всегда решалась с помощью внутрисосудистой ультразвуковой эластографии (ВСУЗИ). [ 27 ] для характеристики упругих свойств частей внутри бляшки. Компоненты и стабильность бляшек можно проанализировать на основе этих обнаруженных эластичных свойств. [ 28 ] Однако детальное выявление структуры бляшек может быть ограничено из-за относительно низкой пространственной частоты ВСУЗИ-эластографии (сотни микрон). Внутрисосудистая ОХЭ может прекрасно дополнять ВСУЗИ-эластографию, обеспечивая биомеханическую визуализацию артериальной стенки с высоким разрешением. [ 10 ]

Инструменты исследования

[ редактировать ]

OCE можно использовать для определения механических свойств инженерных тканей на ранней стадии их развития. [ 29 ]

  1. ^ Ван С., Ларин К.В. (апрель 2015 г.). «Оптическая когерентная эластография для характеристики тканей: обзор» . Журнал биофотоники . 8 (4): 279–302. дои : 10.1002/jbio.201400108 . ПМК   4410708 . ПМИД   25412100 .
  2. ^ Зайцев В.Ю., Матвеев А.Л., Матвеев Л.А., Губаркова Е.В., Советский А.А., Сироткина М.А. и др. (2017). «Практические препятствия и стратегии их устранения в компрессионной оптической когерентной эластографии биологических тканей» . Журнал инновационных оптических наук о здоровье . 10 (6). World Scientific : 1742006. doi : 10.1142/S1793545817420068 .
  3. ^ «Биофотоника: оптическая когерентная эластография и биомеханическое моделирование развивающихся тканей» . nsf.gov . Национальный научный фонд .
  4. ^ Сапунцов Л.Е., Митрофанова С.И., Савченко Т.В. (декабрь 1979 г.). «Применение эластографии для оценки реологических свойств мягких тканей конечности человека при нормальном и нарушенном периферическом лимфатическом кровообращении». Бюллетень экспериментальной биологии и медицины . 88 (6): 1501–3. дои : 10.1007/BF00830374 .
  5. ^ Лернер Р.М., Хуанг С.Р., Паркер К.Дж. (1990). « Изображения «соноэластичности», полученные на основе ультразвуковых сигналов в механически вибрирующих тканях». Ультразвук в медицине и биологии . 16 (3): 231–9. дои : 10.1016/0301-5629(90)90002-т . ПМИД   1694603 .
  6. ^ Офир Дж., Сеспедес И., Поннеканти Х., Язди Ю., Ли Х. (апрель 1991 г.). «Эластография: количественный метод визуализации эластичности биологических тканей». Ультразвуковая визуализация . 13 (2): 111–34. дои : 10.1177/016173469101300201 . ПМИД   1858217 . S2CID   21440596 .
  7. ^ Гирке Х.Э., Острайхер Х.Л., Франке Э.К., Паррак Х.О., Фон Виттерн В.В. (июнь 1952 г.). «Физика колебаний в живых тканях». Журнал прикладной физиологии . 4 (12): 886–900. дои : 10.1152/яп.1952.4.12.886 . ПМИД   14946086 .
  8. ^ Перейти обратно: а б с Кеннеди Б.Ф., Кеннеди К.М., Сэмпсон Д.Д. (2014). «Обзор оптической когерентной эластографии: основы, методы и перспективы». Журнал IEEE по избранным темам квантовой электроники . 20 (2): 272–288. Бибкод : 2014IJSTQ..20..272K . дои : 10.1109/jstqe.2013.2291445 . S2CID   9038964 .
  9. ^ Роговска Дж., Патель Н.А., Фудзимото Дж.Г., Брезински М.Е. (01 мая 2004 г.). «Методика оптической когерентной томографической эластографии для измерения деформации и растяжения атеросклеротических тканей» . Сердце . 90 (5): 556–562. дои : 10.1136/hrt.2003.016956 . ISSN   1355-6037 . ПМЦ   1768234 . ПМИД   15084558 .
  10. ^ Перейти обратно: а б Чан Р., Чау А., Карл В., Надкарни С., Халил А., Ифтимия Н. и др. (сентябрь 2004 г.). «Артериальная эластография на основе ОКТ: надежная оценка с использованием биомеханики тканей» . Оптика Экспресс . 12 (19): 4558–72. Бибкод : 2004OExpr..12.4558C . дои : 10.1364/opex.12.004558 . ПМИД   19484007 .
  11. ^ Цюй Ю, Хэ Ю, Саиди А, Синь Ю, Чжоу Ю, Чжу Дж и др. (январь 2018 г.). «Картирование эластичности задних слоев глаза in vivo с использованием оптической когерентной эластографии с использованием силы акустического излучения» . Исследовательская офтальмология и визуальные науки . 59 (1): 455–461. дои : 10.1167/iovs.17-22971 . ПМЦ   5783626 . ПМИД   29368002 .
  12. ^ Эдмунд С. (апрель 1988 г.). «Эластичность роговицы и ригидность глаза в нормальных и кератоконических глазах». Акта офтальмологическая . 66 (2): 134–40. дои : 10.1111/j.1755-3768.1988.tb04000.x . ПМИД   3389085 . S2CID   10582425 .
  13. ^ Сперл Э., Хуле М., Зайлер Т. (январь 1998 г.). «Индукция поперечных связей в ткани роговицы». Экспериментальное исследование глаз . 66 (1): 97–103. дои : 10.1006/exer.1997.0410 . ПМИД   9533835 .
  14. ^ Форд М.Р., Дуппс В.Дж., Роллинз А.М., Синха Р.А., Ху З. (2011). «Метод оптической когерентной эластографии роговицы» . Журнал биомедицинской оптики . 16 (1): 016005–016005–7. Бибкод : 2011JBO....16a6005F . дои : 10.1117/1.3526701 . ПМК   3041813 . ПМИД   21280911 .
  15. ^ Перейти обратно: а б Лян X, Boppart SA (апрель 2010 г.). «Биомеханические свойства кожи человека in vivo по данным динамической оптической когерентной эластографии» . Транзакции IEEE по биомедицинской инженерии . 57 (4): 953–9. дои : 10.1109/TBME.2009.2033464 . ПМК   3699319 . ПМИД   19822464 .
  16. ^ Перейти обратно: а б Ван С., Ларин К.В., Ли Дж., Вантипалли С., Манапурам Р.К., Аглямов С. и др. (20 мая 2013 г.). «Фокусированная воздушно-импульсная система для измерения эластичности тканей на основе оптической когерентной томографии» . Письма по лазерной физике . 10 (7): 075605. Бибкод : 2013LaPhL..10g5605W . дои : 10.1088/1612-2011/10/7/075605 . ПМЦ   5969524 . ПМИД   29805349 .
  17. ^ Эномото Д.Н., Меккес Дж.Р., Боссайт П.М., Хоекзема Р., Бос Дж.Д. (сентябрь 1996 г.). «Количественная оценка склероза кожи с помощью измерителя эластичности кожи у пациентов с генерализованной склеродермией». Журнал Американской академии дерматологии . 35 (3, часть 1): 381–7. дои : 10.1016/s0190-9622(96)90601-5 . ПМИД   8784273 .
  18. ^ Хинц Т., Хеллер Т., Венцель Дж., Бибер Т., Шмид-Вендтнер М.Х. (2013). «Тканевая эластография в реальном времени как перспективный диагностический инструмент для диагностики метастазов в лимфатические узлы у пациентов со злокачественной меланомой: проспективный одноцентровый опыт». Дерматология . 226 (1): 81–90. дои : 10.1159/000346942 . ПМИД   23548643 . S2CID   13259474 .
  19. ^ Ади С.Г., Кеннеди Б.Ф., Армстронг Дж.Дж., Александров С.А., Сэмпсон Д.Д. (май 2009 г.). «Аудиочастотная оптическая когерентная эластография in vivo». Физика в медицине и биологии . 54 (10): 3129–39. Бибкод : 2009PMB....54.3129A . дои : 10.1088/0031-9155/54/10/011 . hdl : 10379/17119 . ПМИД   19420415 . S2CID   41138119 .
  20. ^ Перейти обратно: а б Ади С.Г., Лян Икс, Кеннеди Б.Ф., Джон Р., Сэмпсон Д.Д., Боппарт С.А. (декабрь 2010 г.). «Спектроскопическая оптическая когерентная эластография» . Оптика Экспресс . 18 (25): 25519–34. Бибкод : 2010OExpr..1825519A . дои : 10.1364/OE.18.025519 . ПМК   3319753 . ПМИД   21164898 .
  21. ^ Кеннеди Б.Ф., Маклафлин Р.А., Кеннеди К.М., Чин Л., Куратоло А., Тьен А. и др. (июль 2014 г.). «Оптическая когерентная микроэластография: механоконтрастная визуализация микроструктуры тканей» . Биомедицинская оптика Экспресс . 5 (7): 2113–24. дои : 10.1364/BOE.5.002113 . ПМК   4102352 . ПМИД   25071952 .
  22. ^ Лян X, Ольденбург А.Л., Креча В., Чейни Э.Дж., Боппарт С.А. (июль 2008 г.). «Оптическое микромасштабное картирование динамических биомеханических свойств тканей» . Оптика Экспресс . 16 (15): 11052–65. Бибкод : 2008OExpr..1611052L . дои : 10.1364/oe.16.011052 . ПМЦ   2883328 . ПМИД   18648419 .
  23. ^ Лян Икс, Ади С.Г., Джон Р., Боппарт С.А. (июнь 2010 г.). «Динамическая оптическая когерентная эластография в спектральной области для характеристики тканей» . Оптика Экспресс . 18 (13): 14183–90. Бибкод : 2010OExpr..1814183L . дои : 10.1364/OE.18.014183 . ПМК   3310369 . ПМИД   20588552 .
  24. ^ Перейти обратно: а б с д Кеннеди К.М., Маклафлин Р.А., Кеннеди Б.Ф., Тьен А., Лэтэм Б., Сондерс К.М., Сэмпсон Д.Д. (декабрь 2013 г.). «Игольная оптическая когерентная эластография для измерения микромасштабного механического контраста глубоко в тканях молочной железы человека» . Журнал биомедицинской оптики . 18 (12): 121510. Бибкод : 2013JBO....18l1510K . дои : 10.1117/1.JBO.18.12.121510 . ПМИД   24365955 . S2CID   23381348 .
  25. ^ Ван С., Ли Дж., Манапурам Р.К., Менодиадо Ф.М., Ингрэм Д.Р., Тва М.Д. и др. (декабрь 2012 г.). «Бесконтактное измерение эластичности для выявления опухолей мягких тканей с использованием фазочувствительной оптической когерентной томографии в сочетании с фокусированной воздушно-струйной системой» . Оптические письма . 37 (24): 5184–6. Бибкод : 2012OptL...37.5184W . дои : 10.1364/OL.37.005184 . ПМЦ   4589295 . ПМИД   23258046 .
  26. ^ Ченг Г.К., Лори Х.М., Камм Р.Д., Фишбейн М.С., Ли Р.Т. (апрель 1993 г.). «Распределение окружного напряжения в разорвавшихся и стабильных атеросклеротических поражениях. Структурный анализ с гистопатологической корреляцией» . Тираж . 87 (4): 1179–87. дои : 10.1161/01.cir.87.4.1179 . ПМИД   8462145 .
  27. ^ ван дер Стин А.Ф., де Корте КЛ, Сеспедес Э.И. (октябрь 1998 г.). «Внутрисосудистая ультразвуковая эластография» (PDF) . Ультразвук в медицине . 19 (5): 196–201. дои : 10.1055/s-2007-1000491 . ПМИД   9842682 . S2CID   260344691 .
  28. ^ де Корте К.Л., ван дер Стин А.Ф., Сепедес Э.И., Пастеркамп Г., Карлье С.Г., Мастик Ф. и др. (июнь 2000 г.). «Характеристика компонентов бляшек и уязвимости с помощью внутрисосудистой ультразвуковой эластографии». Физика в медицине и биологии . 45 (6): 1465–75. Бибкод : 2000PMB....45.1465D . дои : 10.1088/0031-9155/45/6/305 . ПМИД   10870704 . S2CID   250748986 .
  29. ^ Мартин И., Обрадович Б., Треппо С., Гродзинский А.Дж., Лангер Р., Фрид Л.Е., Вуняк-Новакович Г. (2000). «Модуляция механических свойств тканеинженерного хряща». Биореология . 37 (1–2): 141–7. ПМИД   10912186 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 06c51f0f150737712c35b8252f4cb4f7__1718191680
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/06/f7/06c51f0f150737712c35b8252f4cb4f7.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Optical coherence elastography - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)