1_Лазерная томография 260313

Полнокадровые FD-ОСТи SS-OCT очень чувствительны к артефактам движения, измерения in vivo в настоящее время возможны только с дорогими высокоскоростными камерами. Детектирование фазовых ошибок занимает 4÷5сек для спектральной FD-ОСТ размером кадров 2048x1024 и ~10 сек для кадров размером 2048x2048. Однако, использование графических процессоров GPUs позволяет снизить время вычисления фазовых ошибок уже практически до реального времени.(2012 Common approach for compensation of axial motion)

Наиболее общие движения, которые объект может выполнять во время измерений, состоят из вращений и осевых и поперечных перемещений. В случае

сканирования SS-ОСТ, эффект Доплера усиливает воздействие осевого движения на

коэффициент λstop/(λstart-λstop), где λstart и λstop -

время начала и окончания свипирования, соответственно. Этот эффект оказывает наибольшее воздействие на осевое направление

вкомплексной SS-ОСТ, вызывая осевую

размытость в изображении. Например, для системы с центральной длиной волны 860 нм и диапазоном свипирования 50 нм, осевое направление примерно в 17 раз более чувствительно к движению артефактов, чем в поперечном направлении.

Движение вызывает чирп (модуляцию) мгновенной частоты интерференции. вводя дополнительные времязависимые изменения фазы сигнала. Эти изменения фазы сравнимы с эффектом некоррегированной дисперсией групповой скорости (GVD) между объектным и опорным плечами. Эта коррекция особенно важна для FD-OCT высокого разрешения,.и только индивидуальная коррекция GVD дает оптимальное качество изображения.

Алгоритм занимает около 3 минут для измерения фазовой функции φ(к) для полного поля объемом 512 × 192 × 1024 пикселей. В настоящее время разработан новый алгоритма определения фазовых ошибок в FD-OCT, вызывающих осевую размытость изображения, позволяющий уменьшает стоимость обработки изображения – the cross-correlation of subbandwidth reconstructions (CCSBR).

Комплексная FD ОСТ в режиме реального времени

Для режима реального времени реализована двойная GPU-система обработки сигналов и визуализации 4D (3D + время) стандартной/комплексной фазомодулированной FD OCT. Обработка сигналов основана на двойной архитектуре относительно недорогих графических процессоров (GPU) и включает λ→k спектральную передискретизацию, быстрое Фурье преобразование, модифицированное преобразование Гильберта, логарифмическое масштабирование и объемную визуализацию. Для реализации полного спектра комплексного ОСТ изображения фазовая модуляция

31

Комбинированная SLO / en face ОСТ сверхвысокого разрешения

Основным недостатком большинства комплексных SD-OCT остается их чувствительность к движению образца. Если объект перемещается во время сканирования, вводится нежелательный сдвиг фазы, который искажает реконструкцию комплексного сигнала. До полного решения этой проблемы предлагаются некоторые временные схемы.

Объединение ОСТ и сканирующей конфокальной офтальмоскопии (SLO).

Одна из проблем ОСТ B-скан технологии в том, что при перемещении по ретине трудно фиксировать патологию. При коронарном сканировании, однако, можно увидеть сразу всю макулу. Объединение SLO и ОСТ в одном приборе является естественным развитием enface OCT. Глубина резкости в конфокальной микроскопии при использовании низкой числовой апертуры ограничена, В то же время поперечное разрешение ОСТ зависит от случайных факторов, включая спекл-рассеяние. Поэтому есть возможность сочетания SLO с ОСТ. Конфокальное и корональное (С-скан) ОСТ изображения совпадают пиксель на пиксель в SLO-OCT системе вследствие конструкции прибора.

C-скан может быть реконструирован из стека B-скан ОСТ. По сравнению с конфокальным сканированием С-скан ОСТ появляются фрагментарно за счет более высокого осевого разрешения ОСТ. Тем не менее, он, вероятно, будет более низкого качества, чем C-скан в реальном времени из-за субдискретизации в боковом направлении, перпендикулярном B- скан в стеке и большему времени регистрации, что делает их более уязвимыми для артефактов движения

confocal / en face T-scan-based ultrahigh-resolution optical coherence tomography in vivo retinal imaging).

Комбинированная SLO / en face ОСТ сверхвысокого разрешения

а) С-скан изображений фовеа, полученные с двухканальной SLO/ОСТ системой: изображение конфокального сканирующего офтальмоскопа (CSO), все другие изображения получены в ОСТ канале на указанной ниже глубине. Поперечный размер: 3 мм х 3 мм.

(b) широкоугольные (28 ° поперечный размер) ОСТ/ SLO изображения фовеа и зрительного нерва, полученные в режиме В-скан.

вверху: SLO изображение, внизу: B-скан ОСТ изображение (глубина 2 мм в воздухе). RNFL слой нервных волокон сетчатки, PL, фоторецепторный слой, ПЭС, пигментный эпителий сетчатки. Аксиальное разрешение в ОСТ: 12 мкм

33

Комбинированное ОСТ и флуоресцентное изображение

Флуоресцентное изображение индоцианина зеленого (ICG) признанная техника, широко используемая за границей в офтальмологии при исследовании хориоидальной циркуляции. ICG хорошо переносимое лекарство, а ИК излучение имеет более высокий порог фототоксичного воздействия на сетчатку, чем короткие длины волн. Аксиальное разрешение при флуоресценции, как правило, ограничивается используемым изображающим прибором, например, конфокальным микроскопом. В случае изображения сетчаткис помощью конфокальной сканирующей лазерной офтальмоскопии (SLO), разрешение порядка 300 мкм представляется максимально достижимой. Так точность глубины при оценке микрообъемов пропотевания лежит в диапазоне ~0,5 мм. В то же время ОСТ при = 792 нм и = 21 нм (широкополосный SLD), обеспечивает разрешение по глубине ткани <9 мкм (учитывая показатель преломления, n 1,4). Однако принцип ОСТ не применим к флуоресценцентному изображению. Поэтому улучшение информации может быть достигнуто путем сочетания этих двух принципов: конфокального (флуоресценция) и ОСТ изображения.

Главное преимущество en-faceизображения является то, что оно позволяет интегрировать SLO с ОСТ. После того, как конфокальный канал будет добавлен к каналу ОСТ, все известные приложения конфокальной микроскопии могут быть реализованы на конфокальном канале, несмотря на информацию, предоставляемую одновременно каналом ОСТ. Одной из таких возможностей является адаптация конфокального канала для предоставления информации по ICG флуоресценцентному изображению с одновременным ОСТ изображением глазного дна.

ОСТ-SLO изображение обеспечивает очень точную локализацию патологии с улучшением витреоретинального интерфейса. Его способность соединять привычную топографиюс другими методами: работа в режиме реального времени, возможность сверхвысокого разрешения и мульти-плоскостное изображение переднего сегмента, должны сделать его неоценимым дополнением к диагностическиму арсеналу витреоретинального хирурга. Так, ОСТ/SLO система показала лучшее разграничение слоев сетчатки и, несомненно, интерфейс наружная сетчатка/ПЭС/хориоидея может быть оценен более детально.

Одновременное OKT / SLO / ICGA изображение макулы

В ОСТ/SLO/ICG системеOСТ изображение, SLO изображение, флуоресцентное изображение или их сочетания производятся в одно и то же время ~0,5 сек.

Высокий контраст изображений SLO и его возможности скоростного сопровождения обеспечивают согласование между анатомической формой, отражаемой в толщинесетчатке, и функцией сетчатки, как показывает картирование визуальные чувствительности при микропериметри сетчатки. Когда появляетсяразрыв между толщиной и функцией, экспертиза ОСТ поперечного сечения служит доказательством потери слоев за счет сосудистой патологии, атрофических изменений или токсических эффектов препаратов, таких как хлорохин. Кроме того, наличие или рассасывание субретинальной жидкости, или накопление фибринозного материала, или избыток липофусцина под сетчаткой могут объяснить неожиданную потерю зрения при нормальной или незначительно увеличенной ОСТ толщине.

Комбинированная фронтальная (coronal) ОСТи конфокальная лазерная сканирующая офтальмоскопия (SLO), в т.ч. со встроенной ICGА ангиографией, обеспечивает диагностику различных заболеваний макулы (одновременное

34

SD ОСТи SLO микропериметрия

Введение в 1982 году микропериметрии (проецирование световых стимулов на определенные участки макулы) с помощью сканирующего лазерного офтальмоскопа (SLO), добавило полезный инструмент для клиницистов по оценке макулярной функции. В 2006 году OPKO/OTI (OPKO Instrumentations, Miami, FL) разработала SLO микропериметр в сочетании с SD-ОСТ. SLO демонстрирует высокое разрешение задних структур глаза и возможность отслеживания его движения, обеспечивая высокую надежность и воспроизводимость в течение SD-OCT и микропериметрии. После сбора данных эта система накладывает периметрические значения чувствительности на инфракрасное SLO изображение сетчатки с соответствующими значениями толщины (ОСТ), что позволяет выявить корреляцию структурных и функциональных патологий.

Система использует SLO изображение глазного дна для выравнивания, ориентации и регистрации топографической карты ОСТ изображений. Оба линейное сканирование (В-скан) и 3D ОСТ топография сетчатки используются для получения изображений. Режим линейного В-сканирования осуществляет захват сечений ОСТ изображений витреоретинальной, ретинальной, и хориоретинальной структур. Красная линия сканирования на картинке SLO представляет точное расположение изображения поперечного сечения ОСТ.

Микропериметрия с использованием OPKOSD-OCT/SLO камеры со световым раздражителем GoldmannIII автоматически отслеживает локализацию глазного дна в соответствии с расположением сосудов сетчатки для обеспечения точного размещения раздражителя. В результате с высоким разрешением SLO регистрируется SD-OCT толщина сетчатки в каждой точке микропериметрической карты макулярной чувствительности.

Утолщение сетчатки в связи с цистоиднымиизменениями внутренних слоев (сахарный диабет, окклюзия вен, цистоидный отек макулы) или истончение нейроретины (миопическая дегенерация, атрофические изменения при ВМД, лазерные рубцы) на SD-OCT изображениях коррелировали со значительным снижением чувствительности сетчатки при микропериметрии. Острота зрения не так полезна для обнаружения небольших участков снижения макулярной функции, например, при дрепаноците (sicklecelleyes), когда она часто бывает нормальной.

Макулярные SD-OCT карты

пациента с односторонним дрепаноцитом (SS sickle cell)

показывают среднюю толщину 9 ETDRS в пределах микропериметрической Polar3 сетки.

(слева) значительные височные пери- и парафовеолярные истончения (средний) нет макулярного истончения (справа) нормальный контроль

(2011 Structural and Functional

Correlation in Sickle Cell Retinopathy

Using SD OCT and SLO Microperimetry)

36

Микрометрия на основе адаптивной SLO и ОСТ

Построение изображений с применением методов адаптивной оптики (АО) используется для наблюдения структурных изменений, связанных с заболеванием сетчатки на клеточном уровне, например, для обнаружения аномалий фоторецепторов и их связи с остротой зрения и чувствительностью сетчатки при закрытых отверстиях макулы (MH). SDОСТ стала золотым стандартом диагностики МН для подтверждения анатомического закрытия после витреоретинальной хирургии.

Однако ОСТ не дает достаточно четкие изображения отдельных клеток фоторецепторов, чтобы определить конкретные структурные аномалии, которые могут объяснить нарушения зрения в глазах с закрытыми MH. Основной причиной являются аберрации глазной оптики, которые, однако,могут быть скомпенсированы АО в изображающей системе ОСТ или SLO.АО включает в себя датчик волнового фронта, который измеряет аберрации живого глаза, и пространственный модулятор света (ПМС), который компенсирует эти аберрации для достижения дифракционного предела проекции источника освещения на произвольном слое сетчатки.

Поперечная разрешающая способность АО SLO ~3-4 мкм для зрачка диаметром 6 мм и углового поля зрения 13о при изменении рефракции от -8 до +10 диоптрий, позволяет обнаруживать патологии близкие к размеру фоторецепторов

SD ОСТ / АО SLO визуализация лазерных повреждений сетчатки

SD ОСТ сделаны после лазерного лечения на 25 день (A), 74 день (B), 249 день (C), и 341 день (D). Отек макулы на 25 (A) и 74 (B) день после лечения был достаточно сильным, препятствуя надежной визуализации фоторецепторов с flood-illuminated системы адаптивной оптики.

Чистое изображение мозаики фоторецепторов, окружающих лазерное повреждение, было получено с помощью АО SLO на 341 день (D) после лечения.

В более поздние времена, продемонстрированы нарушения наружного слоя фоторецепторов и развитие гиперотражающей структуры в наружном ядерном

слое в зоне лазерной терапии (2012 Adaptive optics and SDOCT of human photoreceptor structure after short Pascal macular grid and Panretinal laser photocoagulation)

37

Доплеровская OCT- оптическая когерентная ангиография

Важность точной оценки кровотока в борьбе с раком еще раз подчеркнута с акцентом на сосудистую сеть опухоли, процессы ангиогенеза и развитие анти-ангиогенной терапии. Хотя различные методы разработаны для визуализации кровотока в организме, в том числе УЗИ, МРТ и СТ, ни один не дает изображение микрососудистого кровотока в тканях.

Плохое кровоснабжение является также одной из основных причин ряда заболеваний сетчатки. Сетчатка питается как кровотоком хориоидеи, так и сетчатки.

Хориоидея дает основное кровоснабжение внешней сетчатки, например, сегмента фоторецепторов. Кроме того, она играет доминирующую роль в наиболее важной части для зрения, центре желтого пятна, где нет сосудов сетчатки.

Поверхность диска зрительного нерва (ДЗН) снабжается артериями сетчатки. Решетчатая пластинка ДЗН (lamina cribrosa) питается от сосудистой оболочки и коротких задних цилиарных артерий.

Сосудистые расстройства и нарушения кровообращения наблюдаются при заболеваниях глаз, вызывающих слепоту, в том числе при AMD и глаукоме. Таким образом, исследование не только кровообращения сетчатки, но и хориоидеи необходимо для полного понимания функции сетчатки и ее патологий.

УЗИ доплерография, с использованием частотв диапазоне примерно от2 до 15МГц, является наиболее широко используемым клиническим методом визуализации сосудистой сети. На практике УЗИ доплерография на клинической частоте (~10 МГц) используется, как правило, для кровотоков более нескольких сантиметров в секунду, т.е. для обнаружения крупных сосудов, таких как сонная артерия. УЗИ доплеровская биомикроскопия, в диапазоне 40-100 МГц может детектировать микроциркуляцию и скорости кровотока порядка нескольких мм/сек в сосудах до 20 мкм в диаметре. Основная трудность в использовании этой технологии in vivo - отсутствие высокочастотных трансдюсеров.

Принципиальная схема 1-мкм OCT доплерографии.

FP:волоконный поляризатор, PC:контроллер поляризации;VND:нейтральныйфильтр варьируемой плотности, P: поляризатор, EOM: электрооптический фазовый модулятор в опорном пучке, компенсирующий сдвиг фазы из-за смещения пучка на сканирующем зеркале в обычном SD-OCT режиме.(2009 Blood flow imaging at deep posterior human eye using 1μm SD OCT)

38

В то же время оптические методы исследования хориоидеи in vivo ограничены крайне слабым рассеянием света от сосудистой оболочки. Индоцианин зеленый ангиография (ICGA) широко используемый метод для повышения чувствительности метода. Лазерная доплеровская флоуметрия (LDF), основанная на SLO, также может быть использована для измерения кровотока хориокапилляров в фовеа. Однако, они не могут селектировать по глубине, тем самым они не могут разделить потоки кровообращения сетчатки и хориоидеи. Кроме того, в ICGA трудно отличить каждый отдельный хориоидальный сосуд, а относительно толстый хориоидальный кровоток влияет на измерение хориокапиллярных потоков в LDF (аксиальное разрешение ~300 мкм из-за аберраций глаза).

D-ОСТ способна одновременно представлять структурные и функциональные изображения с микронным пространственным разрешением и суб-мм/сек чувствительностью кровотока до глубины ~ 2 мм. Сильные стороны D- ОСТ, в частности, - высокая скорость обработки изображений, минимально инвазивный характер, доступность, надежность, мобильность, широкий динамический диапазон скорости, и исключительно высокое пространственное и скоростное разрешение, могут быть с успехом использованы в различных клинических ситуациях.

D-ОСТ была применена для визуализации кровотока и васкулатуры сетчатки, несмотря на сильное поглощение и рассеяние в ПЭС и хориоидее, ограничивающих интенсивность рассеянного света от глубоких сосудов.

Двумерная оптическая когерентная ангиография (OCA - усредненная по аксиальной осиD-ОСТ) визуализирует васкулатуру хориоидеи и специфическую васкулатуру коротких задних цилиарных артерий (круг Цинна-Галлера).

(слева) Доплеровские томограммы потоковв макулярной областив 1-мкм диапазоне (сканирование области 6х6 мм2 при 1500х128 А-скан 4,1сек)

(A)Кровоток нескольких хориоидальных сосудов различных размеров наблюдается в доплеровском изображении поперечного сечения потока, наложенного на структурное изображение (стрелки). Хотя толстые хориоидальные сосуды показывают низкую интенсивность, эти потоки крови могут быть визуализированы (желтые стрелки). Чуть выше этих толстых сосудов, видны кровотоки менее толстых сосудов (фиолетовая стрелка).

Внепосредственной близости от ПЭС наблюдается мелкие сосуды (зеленые стрелки). Это могут быть хориокапилляры.

(B)Хориоидальнаяваскулярная сеть четко прослеживается на хориоидальных оптических когерентных ангиограммах (OCA)

(справа) Доплеровские томограммы поперечного сечения кровотоков в ДЗН (область сканирования составляет 6х6 мм2 с 1500х128 А-скан).

(A)Кровоток наблюдается ниже хориоидеи (желтые стрелки).

(B)Ангиограммы хориоидеи прослеживают васкулатуру. Кроме того, в соответствии с томограммами поперечного сечения кровоотока (A), наблюдаются короткие цилиарные артерии вокруг ДЗН, названные кругом Цинна-Галлера (желтые стрелки). Эта васкулатура является основным источником питания

зрительного нерва вокруг lamina cribrosa

39