13 自适应OCT-最具有潜力的眼底视网膜成像技术

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自适应OCT-最具有潜力的眼底视网膜成像技术

img1目前光学相干断层扫描技术(OCT)已经广泛用于临床眼科治疗与检查之中,作为一种良好的成像工具在各种眼科疾病的诊疗中发挥了巨大作用,随着OCT技术的不断进步,有学者将自适应光学技术(AO)OCT技术进行结合产生了一种新的眼底成像工具---自适应OCT AO本身不是一种成像方式。它是一项辅助技术,可增强眼底摄像头,扫描激光检眼镜(SLO)或OCT等在视网膜成像模式下的性能。而这种新的自适应OCT(AO-OCT)具有超高的分辨率,可观察到眼底视网膜微小的细胞结构。这对于我们认识眼底视网膜结构的病理生理学是至关重要的,许多病理改变源于细胞规模的功能和结构改变,这有助于我们在疾病发生早期就可以注意到视网膜的病理变化。因此,对这些组织进行足够细致的研究,便可以更好地了解相关疾病的发展或治疗干预的效果。AO-OCT的出现首次实现了具有高分辨率的体内3D视网膜成像。本文将简单的介绍一下这种具有很大潜力的眼科成像设备。

       下图为目前标准临床OCT图像(在瞳孔处约1.5 mm光束直径的成像)和AO-OCT图像(约7 mm光束直径的成像和AO修正)对比不同横向分辨率对视网膜图像质量的影响。图像显示对于通过AO-OCT采集的图像,减小平均斑点直径以及限制聚焦深度的效果是显而易见的,因为AO-OCT需要移动焦平面才能使视网膜中不同深度的结构具有高信噪比。

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图一:使用不同的成像技术对视网膜行OCT 断层扫描。上图为临床标准OCT图像;左下图为AO-OCT0.5毫米扫描范围),焦点位于感光体层;右下图为AO-OCT(扫描范围为0.5 mm),焦点位于神经节细胞层。

 使用AO-OCT检查健康志愿者的视网膜断层结构并将其放大观察视网膜各层结果如下图。

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图二:AAO-OCT 的断层扫描图像,其扫描焦点设置为健康志愿者的中央凹4.5°偏心距处。B)将图A中白色矩形标记的区域放大2倍(圆锥的一些部和外部部分別用紅色和黃色矩形标记)。视网膜层标记如下:RNFL视网膜神经纤维层,GCL神经节细胞层,IPL內从状层INL核层,OPL外从状层ONL / HFL外核层/ Henle纤维层,ELM外在限制膜,视锥细胞感光器外段之间的IS / OS连接,COST视锥细胞外段尖端,RPE视网膜色素上皮细胞。

视网膜外层成像

AO-OCT提供的高轴向分辨率可在不同的外部视网膜层之间实现清晰的分离。与AO-SLOAO眼底照相机成像相比,这是一个明显的优势。下图显示了中央凹区域中不同视网膜层的代表性图像。锥形的图像在IS / OSCOST处清晰可见,表明锥形感光体的波导特性,即光被耦合到一个圆锥体内段(波导)中,锥内折射率的变化(在IS/OS结和OS尖端)会产生这些不同的反射。AO-OCT系统也可以使RPE细胞图形进行可视化。RPE的状态被认为是许多外部视网膜疾病如年龄相关性黄斑变性(AMD)发展的关键因素。尽管使用暗场检测方案或自发荧光成像的AO-SLO也能生成相似图像,但AO-OCT能够同时提供有关这些结构和圆锥形感光器的更多信息。最近的一项研究使用AO-OCT专门研究了更详细的感光体脱落过程。在90分钟内记录3D视锥细胞的体积,并随时间追踪各个视锥。因此,一些视锥细胞在〜18分钟的时间内都没有COST反射。在重新出现COST反射后,外部段的长度减少了2-3µm,这清楚地表明了RPE感光体的脱落过程。
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图三:在健康志愿者的中央凹区域记录的不同后视网膜层的AO-OCT图像。ELM外部限制膜,视锥细胞感光体部和外部之间的IS / OS连接,COST视锥细胞的外部尖端,RPE视网膜色素上皮细胞。

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图四:AO-OCT图像在距中央凹約的偏心位置记录。a)锥形感光体部和外部之间的分段连接,显示出扭曲的強度模式。一些图案被放大(插图)并显示出多峰波传播所特有的强度分布。b)在相同的视网膜位置记录并以假色标显示的不同视网膜层的合成图像。COST层显示为紅色,杆外段尖端(ROST层显示为绿色。

视网膜内层的成像

AO-OCT提供的高灵敏度和轴向分辨率允许可视化不同的内部视网膜层。这其中尤其令人感兴趣的是视网膜神经纤维层(RNFL)和视网膜微循环管系统。RNFL在青光眼诊断中起重要作用。AO-OCT的较高的横向分辨率允许可视化单个神经纤维束并测量相应的横截面轮廓。下图显示了AO-OCT的成像数据,图像中各个神经纤维束清晰可见。此外,可以在感兴趣的放大区域看到小的毛细管(用黑色箭头指示)和神经纤维束(用白色箭头指示)。

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图五:健康志愿者的AO-OCT图像,其焦点设置在前层。a)平均(10帧)断层扫描显示单个神经纤维。b)用a)中的白色矩形表示的感兴趣区域(放大2倍)。各个束用白色圆圈标记。黑色箭头表示部视网膜中的微毛细血管。c)用无传感器的AO仪器记录的強度B扫描显示不同的分割层(用不同的颜色表示)。d)在c)中用红线表示的层的正面投影。白色箭头指向单个神经纤维束。水平虚线表示c)中显示的断层扫描的位置。

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图六:小鼠视网膜神经纤维层AO-OCT图像。a)断层扫描显示单个神经纤维束。红色括号表示用于平均的深度拓展,以便生成相应的en-face面图像。b)在自适应光学矫正之前,神经纤维层en-face图像。c)自适应光学矫正的神经纤维层en-face图像。图中白色箭头指向在b)中几乎看不到,但在c)中可以清楚看到的结构。

总结一下,本文梳理了一些关于自适应OCT的相关内容,我们可以看出AO-OCT技术对于眼底视网膜高分辨率的微观观察具有很强大的功能,使我们能够在体内就能观察到视网膜上的感光细胞,神经结构,视网膜层的改变,这为我们眼科疾病的检查和研究提供了全新的视角和数据。通过文章中的图片我们能看出此技术的优势和特点,也能看到一些不足,此技术仍在不断进步,我们相信随着科研人员的不断努力将使自适应OCT具有更强大的科研诊断功能,使眼科疾病的早发现,早治疗更进一步。

好了本期关于AO-OCT的一些简单内容就介绍到这里了,对AO-OCT感兴趣的朋友请关注此微信的后续文章哦,将为您更新最全最有趣的科研讯和研究热点。

参考文献


Pircher M, Zawadzki RJ. Review of adaptive optics OCT (AO-OCT): principles and applications for retinal imaging [Invited]. Biomed Opt Express. 2017;8(5):2536-2562. Published 2017 Apr 19. doi:10.1364/BOE.8.002536


2020年9月11日 14:21

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