Сканирующая лазерная офтальмоскопия
| Сканирующая лазерная офтальмоскопия | |
|---|---|
 Изображение Optomap сетчатки здорового взрослого человека | |
| Цель | диагностическая визуализация сетчатки (или роговицы) |
Сканирующая лазерная офтальмоскопия ( СЛО ) – метод исследования глаза . Он использует технику сканирующей микроскопии для диагностической визуализации сетчатки конфокальной лазерной или роговицы человеческого глаза.
Как метод, используемый для визуализации сетчатки с высокой степенью пространственной чувствительности, он полезен при диагностике глаукомы , дегенерации желтого пятна и других заболеваний сетчатки. В дальнейшем он был объединен с технологией адаптивной оптики для обеспечения более четких изображений сетчатки. [1] [2]
Сканирующая лазерная офтальмоскопия
[ редактировать ]SLO использует зеркала горизонтального и вертикального сканирования для сканирования определенной области сетчатки и создания растровых изображений, доступных для просмотра на телевизионном мониторе. Хотя он способен отображать сетчатку в реальном времени, у него есть проблемы с отражениями от астигматизма глаз и роговицы. Движения глаз также могут исказить данные SLO. [3]
Адаптивная оптика, сканирующая лазерная офтальмоскопия
[ редактировать ]Сканирующая лазерная офтальмоскопия с адаптивной оптикой (AOSLO) — это метод, используемый для измерения живых клеток сетчатки. Он использует адаптивную оптику для удаления оптических аберраций из изображений, полученных при сканирующей лазерной офтальмоскопии сетчатки. [ нужна ссылка ]
История
[ редактировать ]Сканирующая лазерная офтальмоскопия была разработана как метод исследования отдельных слоев живого глаза на микроскопическом уровне. Использование конфокальных методов для уменьшения лишнего света путем фокусировки обнаруженного света через небольшое отверстие сделало возможным получение изображений отдельных слоев сетчатки с большей четкостью, чем когда-либо прежде. [4] Однако использование SLO для мониторинга отдельных клеток сетчатки оказалось проблематичным из-за оптических аберраций, создаваемых тканями передней части глаза (в частности, роговицей и хрусталиком ). Эти аберрации (вызванные дополнительно астигматизмом и другими факторами, влияющими на положение глаз) снижали боковое разрешение и их было трудно устранить. [5]
Впервые адаптивная оптика была использована для SLO в 1980-х годах. Эта первая попытка не использовала технологию обнаружения волнового фронта с ее деформируемым зеркалом и оценивала аберрации с помощью заранее измеренных факторов, таких как астигматизм. [6] Однако это не устранило небольшие монохроматические аберрации, возникающие в результате прохождения света через переднюю часть глаза как в зрачок, так и из него во время сканирования. Изобретение и адаптация датчика волнового фронта Шака-Гартмана для аппарата позволили получить изображения сетчатки с гораздо более высоким латеральным разрешением. [7] Добавление к аппарату микроэлектромеханических (MEM) зеркал вместо более крупных и дорогих зеркальных деформируемых зеркальных систем сделало AOSLO пригодным для дальнейшего использования для более широкого спектра исследований и для использования у пациентов. [8]
Процедура
[ редактировать ]
Субъект помещается в стоматологический слепок, закрепленный таким образом, чтобы можно было манипулировать головой в трех измерениях. Зрачки субъекта расширяются с помощью расширяющего агента, чтобы минимизировать колебания аккомодации. После того, как глаза достаточно расширились, субъекту говорят сосредоточиться на цели, пока он находится в креплении. [9]
После правильного размещения объекта происходит коррекция волнового фронта и визуализация. Лазер коллимируется, а затем отражается от светоделительного зеркала. Как и в конфокальном SLO, свет должен проходить как через горизонтальное, так и через вертикальное сканирующее зеркало до и после сканирования глаза, чтобы выровнять движущийся луч для получения более быстрых изображений сетчатки. Кроме того, свет отражается от деформируемого зеркала до и после воздействия на глаз, рассеивая оптические аберрации. Лазер попадает в глаз через зрачок, чтобы осветить область, на которой он был сфокусирован, и свет, отраженный обратно, уходит таким же путем. Свет, возвращающийся от зеркал, проходит через первый светоделитель на другой светоделитель, где он направляется одновременно на фотоумножитель ( ФЭУ) и на матрицу датчиков волнового фронта Шака – Хартмана . Свет, идущий к фотоумножителю, фокусируется через отверстие конфокальной микроскопии для удаления света, не отражающегося от интересующей плоскости, а затем регистрируется в ФЭУ. Свет направлен на фронт волны Матрица датчиков разделяется на линзы в матрице, а затем записывается на камеру устройства с зарядовой связью (CCD) для обнаружения оптических аберраций. Эти аберрации затем вычитаются из изображений, записанных на ФЭУ, что значительно увеличивает поперечное разрешение. [3] [4] [7] [9]
Приложения
[ редактировать ]Основным применением этого увеличенного латерального разрешения AOSLO была возможность определить пространственное распределение колбочек вокруг ямки . Можно не только определить пространственную плотность этих клеток для различных областей сетчатки, но также можно рассчитать анизотропию этих клеток, чтобы определить осевую ориентацию клеток сетчатки у живого человека. Это представляет собой большое преимущество перед типичным гистологическим исследованием небольшого количества донорских человеческих глаз. [10] AOSLO также выявил значительное снижение плотности упаковки фовеальных конусов для близоруких глаз по сравнению с эмметриопическими глазами. Было высказано предположение, что это различие возникает из-за естественного уменьшения плотности колбочек с увеличением осевой длины глаза, связанного с близорукостью. [11] Аномалии в структуре фоторецепторов в областях, поврежденных макулярной дистрофией, дополнительно были обнаружены с помощью AOSLO. У этих субъектов внутри макулярного поражения визуализировалась темная область, а по периметру поражения были видны морфологически аномальные фоторецепторы. [12] Кроме того, сканирование субъектов с дистрофией колбочек и пигментным ретинитом (РП) показало значительные изменения плотности упаковки колбочек у этих субъектов по сравнению с лицами с нормальной сетчаткой. Это представляет собой возможное будущее использование AOSLO для отслеживания и подтверждения фенотипов у субъектов с больными генотипами. [13]
Визуализация клеток пигментного эпителия сетчатки (RPE) у пациентов с заболеванием сетчатки и без него также оказалась возможной с использованием AOSLO. С потерей фоторецепторных клеток фоновый рассеянный свет уменьшается, и свет, сфокусированный на РПЭ, можно анализировать более четко. [14] Поскольку потеря клеток РПЭ представляет собой первичную патологию дегенерации желтого пятна, это открывает возможную будущую возможность для отслеживания деградации РПЭ in vivo . Это было дополнительно подтверждено анализом автофлуоресценции гранул липофусцина в сетчатке нормального человека и макака-резус , проведенного AOSLO. Было показано, что сравнение этой флуоресценции в нормальной и пораженной сетчатке с одновременной визуализацией структуры колбочек и анализом соотношения колбочек/пигментных клеток сетчатки возможно и в будущем может позволить отслеживать повреждения сетчатки в результате дистрофии сетчатки. [15] AOSLO уже использовался на макаках-резусах для отслеживания светового повреждения макулы определенными длинами волн. [16]
Кроме того, AOSLO обеспечивает более высокую степень точности отслеживания глаз, чем это было возможно раньше при использовании других методов. Из-за короткого времени сканирования, используемого при AOSLO, движение глаз само по себе представляет собой препятствие для получения изображений сетчатки. Вычислительные корректировки и моделирование позволили исправить аберрации, вызванные движением глаз между кадрами. [17] Однако, отслеживая эти аберрации, основанные на изменениях сетчатки между изображениями, можно отследить влияние света на индивидуальную ориентацию колбочки. Исследования с использованием визуальных стимулов и отслеживания глаз AOSLO дали данные о том, как сетчатка отслеживает движение на микроскопическом уровне. [9]
Высокая степень специфичности и возможность фокусировать лазер на разных уровнях глаза с помощью AOSLO дополнительно позволили отслеживать кровоток в глазу в реальном времени. Путем введения флуоресцина макакам перед сканированием можно использовать сканирующую лазерную офтальмоскопию с адаптивной флуоресцентной оптикой (FAOSLO) для визуализации отдельных капилляров в слое нервных волокон и определения толщины самого слоя нервных волокон. Структура сосудов и диаметр этих капилляров были измерены во всех регионах, сканированных FAOSLO. В будущем это будет применяться для наблюдения за пациентами с глаукомой, у которых наблюдаются либо изменения толщины слоя нервных волокон, либо изменения сосудистой сети из-за повреждения сетчатки. [18]
Сравнение с расслоением сетчатки и другими методами визуализации
[ редактировать ]AOSLO представляет собой выгодную альтернативу рассечению сетчатки по ряду причин. Анализ плотности упаковки колбочек до AOSLO был возможен только на установленных глазах из банков доноров глаз. [19] Поскольку этот метод не мог измерить изменения колбочек в живых глазах, его нельзя было использовать для отслеживания изменений сетчатки с течением времени или движений глаз. Используя живых субъектов, AOSLO позволяет проводить эти измерения, а также легче контролировать возраст и другие мешающие факторы, сохраняя при этом аналогичные анатомические результаты для плотности упаковки конусов. [10] Также возможны будущие клинические последствия AOSLO.
AOSLO также выгодно отличается от других методов визуализации сетчатки. Флуоресцентная ангиография использует инъекцию флуоресцеинового красителя для получения изображения задней части сетчатки. Это широко используемый метод, но он имеет большое количество побочных эффектов, включая тошноту у одной пятой пациентов и в некоторых случаях смерть от анафилаксии. [20] Оптическая когерентная томография (ОКТ) представляет собой мощный клинический инструмент для мониторинга физиологии сетчатки у пациентов. ОКТ использует интерферометрию низкой когерентности для дифференциации тканей внутри глаза и неинвазивного создания поперечного сечения сетчатки живого пациента. [21] Фактически он имеет большее осевое разрешение, чем AOSLO. [22] Однако AOSLO представляет собой метод с гораздо большим трансляционным разрешением, чем OCT, и поэтому может использоваться для отслеживания незначительных латеральных физических изменений, таких как влияние движений глаз на сетчатку. [23] Недавно была предпринята попытка сочетания AOSLO и ОКТ в одном аппарате для получения первых трехмерных изображений отдельных колбочек и иллюстрации общей мозаики колбочек вблизи ямки на высоких скоростях. [24]
См. также
[ редактировать ]Примечания
[ редактировать ]- ^ "Roorda Lab" - (последнее обращение: 9 декабря 2006 г.)
- ^ «Optos заключает лицензионное соглашение с Рочестерским университетом на использование адаптивной оптики в визуализации сетчатки», опубликовано 25 октября 2006 г. - (последний доступ: 9 декабря 2006 г.)
- ^ Jump up to: а б Уэбб Р.Х., Хьюз Г.В. «Сканирующий лазерный офтальмоскоп». Транзакции IEEE по биомедицинской инженерии . 1981;BME-28(7):488-92.
- ^ Jump up to: а б Уэбб Р., Хьюз Дж., Делори Ф. «Конфокальный сканирующий лазерный офтальмоскоп». Прикладная оптика . 1987;26(8):1492-9.
- ^ Шарп П., Маниваннан А. «Сканирующий лазерный офтальмоскоп» Физика в медицине и биологии . 1997;42:951.
- ^ Дреер А.В., Билле Дж.Ф., Вейнреб Р.Н. «Активное повышение разрешающей способности оптической глубины лазерного томографического сканера». Прикладная опция. 1989;28(4):804-8.
- ^ Jump up to: а б Лян Дж., Уильямс Д.Р., Миллер Д.Т. «Сверхъестественное зрение и визуализация сетчатки высокого разрешения с помощью адаптивной оптики». J Opt Soc Am A. 1997;14(11):2884-92.
- ^ Добл Н., Юн Дж., Чен Л., Бирден П., Сингер Б., Оливье С. и др. «Использование зеркала на основе микроэлектромеханических систем (МЭМ) для адаптивной оптики человеческого глаза». Оптические письма . 2002;27(17):1537-9.
- ^ Jump up to: а б с Рурда А. «Применение адаптивной оптики, сканирующей лазерной офтальмоскопии». Оптом Вис Ски. Апрель 2010 г.;87(4):260-8.
- ^ Jump up to: а б Чуй Т.Ю., Сонг Х., Бернс С.А. «Адаптивно-оптическая визуализация распределения фоторецепторов колбочек человека». J Opt Soc Am A Opt Image Sci Vis. 25(12) декабря 2008 г.:3021-9.
- ^ Чуй Т.Ю., Сонг Х., Бернс С.А. «Индивидуальные вариации плотности упаковки фоторецепторов колбочек человека: вариации в зависимости от ошибки рефракции». Инвестируйте офтальмол Vis Sci. Октябрь 2008 г.;49(10):4679-87.
- ^ Бессё К., Фудзикадо Т., Михаши Т., Ямагути Т., Наказава Н., Тано Ю. «Изображения фоторецепторов нормальных глаз и глаз с макулярной дистрофией, полученные in vivo с помощью фундус-камеры с адаптивной оптикой». Jpn J Офтальмол. Сентябрь–октябрь 2008 г.;52(5):380-5.
- ^ Дункан Дж.Л., Чжан Ю., Ганди Дж., Наканиши С., Отман М., Бранхам К.Э. и др. «Визуализация высокого разрешения с помощью адаптивной оптики у пациентов с наследственной дегенерацией сетчатки». Инвестируйте офтальмол Vis Sci. Июль 2007 г.;48(7):3283-91.
- ^ Рурда А., Чжан Ю., Дункан Дж.Л. «Визуализация мозаики РПЭ in vivo с высоким разрешением в глазах с заболеванием сетчатки». Инвестируйте офтальмол Vis Sci. Май 2007 г.;48(5):2297-303.
- ^ Морган Дж.И., Дубра А., Вулф Р., Мериган WH, Уильямс ДР. « Автофлуоресцентная визуализация in vivo мозаики пигментных эпителиальных клеток сетчатки человека и макака». Инвестируйте офтальмол Vis Sci. Март 2009 г.;50(3):1350-9.
- ^ Морган Дж.И., Хантер Дж.Дж., Маселла Б., Вулф Р., Грей DC, Мериган WH и др. «Светоиндуцированные изменения сетчатки, наблюдаемые при аутофлуоресцентной визуализации пигментного эпителия сетчатки с высоким разрешением». Инвестируйте офтальмол Vis Sci. Август 2008 г.;49(8):3715-29.
- ^ Фогель С., Араторн Д., Рурда А., Паркер А. «Оценка движения сетчатки в сканирующей лазерной офтальмоскопии с адаптивной оптикой». Выбирайте Экспресс. 2006;14:487-97.
- ^ Скоулз Д., Грей Д.К., Хантер Дж.Дж., Вулф Р., Джи Б.П., Гэн Ю. и др. « in vivo Визуализация сосудов слоев нервных волокон сетчатки : сравнение гистологии изображений». БМК Офтальмол. 2009;9:9.
- ^ Курсио Калифорния, Слоан КР, Калина Р.Э., Хендриксон А.Е. «Топография фоторецепторов человека». Джей Комп Нейрол. 1990, 22 февраля; 292 (4): 497-523.
- ^ Антклифф Р.Дж., Стэнфорд М.Р., Чаухан Д.С., Грэм Э.М., Спалтон DJ, Шиллинг Дж.С. и др. «Сравнение оптической когерентной томографии и флюоресцентной ангиографии глазного дна для выявления кистоидного макулярного отека у пациентов с увеитом». Офтальмология . 2000;107(3):593-9.
- ^ Хуан Д., Суонсон Э., Лин С., Шуман Дж., Стинсон В., Чанг В. и др. Оптическая когерентная томография . Серия "Spie Milestone" MS. 1998;147:324-7.
- ^ Ромеро-Борха Ф., Венкатешваран К., Рурда А., Хеберт Т. «Оптический срез ткани сетчатки человека in vivo с помощью сканирующего лазерного офтальмоскопа с адаптивной оптикой». Прикладная оптика . 2005;44(19):4032-40.
- ^ Фергюсон Р., Бигелоу С., Ифтимиа Н., Устун Т., редакторы. Точное наведение с помощью сканирующего лазерного офтальмоскопа с адаптивной оптикой слежения2006.
- ^ Пирчер М., Завадски Р.Дж., Эванс Дж.В., Вернер Дж.С., Хитценбергер К.К. «Одновременное получение изображений мозаики конусов человека с помощью сканирующей лазерной офтальмоскопии с адаптивной оптикой и высокоскоростной поперечной сканирующей оптической когерентной томографии». Опт Летт. 1 января 2008 г.;33(1):22-4.