Прицельная глазная спектроскопия проливает новый свет на здоровье сетчатки

В недавнем исследовании, опубликованном в Журнал биомедицинской оптики, Исследователи демонстрируют мультимодальную функциональность направленной глазной флуоресцентной спектроскопии in vitro и живой.

Изучать: Направленная спектроскопия на глазном дне. Изображение предоставлено: PeopleImages.com – Юрий А / Shutterstock.com

Фон

Некоторые типичные структурные и функциональные изменения происходят в глазах, особенно на глазном дне, вследствие глазных заболеваний, таких как диабетическая ретинопатия (ДР), возрастная дегенерация желтого пятна (ВМД) и глаукома. Неврологические заболевания, такие как болезнь Альцгеймера (БА) и болезнь Паркинсона (БП), также могут приводить к изменениям сетчатки, таким как истончение слоя нервных волокон сетчатки (СНВС) и изменения гемодинамики.

Учитывая высокую гетерогенность особенностей и состава глазного дна, биомаркеры либо широко рассредоточены по этой ткани, либо локализуются в определенных областях. Например, у пациентов с АД β-амилоидные бляшки распространяются по всей сетчатке, тогда как у пациентов с ДР наблюдаются локализованные кровоизлияния.

Типичные методы визуализации не предоставляют достаточных данных об изменениях сетчатки, вызванных этими заболеваниями, по сравнению с целевой спектроскопией диффузного отражения глаза (DRS). Методы глазного DRS позволяют проводить спектральный анализ определенных частей глазного дна, включая диск зрительного нерва, периферическую часть сетчатки и ямку, в диапазоне от 500 до 800 нанометров (нм).

Спектроскопия диффузного отражения и флуоресценции также может выяснить влияние таких факторов, как накопление липофусцина, структурные изменения СНВС, спектр поглощения крови и спектральный профиль меланина, которые влияют на оптические свойства тканей сетчатки.

Об исследовании

В текущем исследовании исследователи определяют ключевые особенности технологии направленной глазной спектроскопии. in vitro с использованием эталонной мишени и модельного глаза. Эталонной целью был экран сверхвысокой четкости с сеткой из восьми разных цветов, перед которым располагалась фундус-камера и собирала только свет, излучаемый экраном. Модель глаза OEMI-7 со зрачком диаметром 7 мм, точно имитирующая человеческий глаз, помогла проверить результаты исследований DRS.

Впоследствии живой визуализация и DRS использовались для оценки крови насыщение кислородом (СтО₂) в головке зрительного нерва и парафове восьми здоровых участников исследования, давших информированное согласие перед исследованием. Эти люди были в возрасте от 27 до 35 лет, не имели системных заболеваний или приема лекарств и имели нормальные результаты после осмотра глаз.

Направляющий светодиод (LED) освещал точное положение фактической области получения спектра (ROSA), что позволяло камере фиксировать ее местоположение. Была использована двухэтапная последовательность сбора данных с последующей комбинированной визуализацией и целевой спектроскопией.

Местоположение области сбора данных DRS определялось на основе сегментации изображения ROSA. Спектры были получены путем перемещения ROSA в шесть разных мест в поле зрения эталонной мишени для спектрального анализа.

Полосовые фильтры изолируют возбуждающее освещение для визуализации зеленой флуоресценции. Для сравнения, длиннопроходные фильтры позволили получить эксклюзивную визуализацию и спектральную регистрацию света, излучаемого флуоресценцией.

Спектральный анализ включал три этапа обработки, на которых из спектра удалялись спектральные вклады окружающего света, а затем определялось влияние спектра источника освещения. Затем спектр света нормализовали, чтобы скорректировать различия в интенсивности сигнала.

Результаты исследования

Модельный глаз получал спектры отражения от кровеносных сосудов, сетчатки вблизи диска зрительного нерва, диска зрительного нерва и сетчатки вдали от диска зрительного нерва (D). Кровеносные сосуды и зрительный нерв имели явно разные спектры отражения. Точно так же модель глаза помогла выполнить флуоресцентный анализ для четырех областей, при этом только кровеносные сосуды и диск зрительного нерва излучали сигналы флуоресценции.

Пятисекундные снимки DRS соответствовали 13 полученным спектрам и были сделаны в головке зрительного нерва и парафовеа у всех восьми участников. Средние спектры поглощения для обоих мест показали индивидуальную вариабельность.

Все предыдущие методы оценки насыщения крови кислородом в глазу имели ограниченную чувствительность и, как следствие, позволяли проводить относительную оценку StO.₂ только для крупных сосудов глазного дна. В текущем исследовании измерения насыщения крови кислородом, выполненные в разных регионах, привели к разным значениям StO.₂.

Более низкое насыщение кислородом и большая индивидуальная вариабельность StO.₂ наблюдались в парафовеа, чем в диске зрительного нерва, в пределах 30,4-58,4% и 62,1-69,7% соответственно.

Для полученных спектров был реализован алгоритм глазной оксиметрии. живой и продемонстрировали возможность оценки присутствия различных флуорофоров/хромофоров, которые можно использовать для диагностики различных патологий сетчатки. Более конкретно, этот подход был нацелен на определенные интересующие области, которые были идентифицированы с помощью флуоресценции в широком поле и получили полный спектральный профиль излучения этих молекул.

Выводы

Мультимодальная система, представленная в этом исследовании, позволила осуществлять одновременную и непрерывную визуализацию и целевую спектроскопию глазного дна. Более того, он показал высокую чувствительность, спектральное разрешение и низкую скорость обнаружения биомаркеров сетчатки. Это примечательно, потому что другие системы, такие как гиперспектральная визуализация, идут на компромисс между спектральным разрешением и скоростью сбора данных.

Кроме того, эта технология приобрела различные спектральные профили в разных регионах, протестированных во время in vitro и во время живой тестирование. В заключение можно сказать, что целевая глазная спектроскопия со временем может открыть новые способы диагностики и лечения глазных заболеваний.