OCT-baseret teknik fanger subtile detaljer om fotoreceptorfunktion

Forskere har udviklet et nyt instrument, der har, for første gang, målt bittesmå lysfremkaldte deformationer i individuelle stænger og kegler i et levende menneskeligt øje. Den nye tilgang kan en dag forbedre detektion af nethindesygdomme såsom aldersrelateret makuladegeneration, en førende årsag til blindhed hos mennesker over 55 på verdensplan.

"Vores instrument tilbyder en unik måde at studere nethindesygdom på cellulært niveau, " sagde forskerholdsleder Ravi Jonnal fra University of California Davis (UC Davis) Eye Center. "Fordi eksisterende metoder til at måle dysfunktion er meget mindre følsomme, det tilbyder en potentiel ny måde at opdage sygdom på."

I tidsskriftet The Optical Society (OSA). Optik bogstaver , Jonnal og kolleger beskriver deres nye instrument, som er baseret på optisk kohærenstomografi (OCT). Ved at bruge den nye tilgang, de var i stand til at måle, hvordan individuelle stænger og kegler reagerer på lys, og kunne detektere deformationer, der var væsentligt mindre end bølgelængden af ​​den billeddannende lyskilde.

Arbejdet er en del af et spirende internationalt forskningsfelt, der har til formål at udvikle metoder til fuldt ud at fange funktionen af ​​det retinale neurale kredsløb hos levende mennesker.

Kombination af billeddannelsesmetoder

Synet begynder, når stav- og keglefotoreceptorer i øjets nethinde registrerer lys og initierer signaler gennem en proces, der kaldes fototransduktion. Nethindesygdomme som aldersrelateret makuladegeneration og retinitis pigmentosa forårsager synstab ved at forstyrre funktionen af ​​stænger og kegler.

Fordi stænger menes at være mere følsomme over for virkningerne af disse sygdomme, ændringer i deres funktion kunne give en tidlig indikator for sygdommen eller dens progression. Imidlertid, den lille størrelse af stængerne gør det svært at afbilde dem, meget mindre måle, hvor godt de fungerer.

I det nye værk, forskerne udviklede et unikt højhastigheds OCT-system, der er i stand til at detektere let hævelse i de ydre segmenter af fotoreceptorerne, der opstår som en bivirkning af fototransduktion. Systemet opnår dette ved at optage specialiserede OCT-billeder samtidigt med scanning af lette oftalmoskopbilleder, gør det muligt at lokalisere placeringen og typen af ​​fotoreceptorer, der er optaget i en serie af hundredvis af 3-D OCT-billeder.

"Selvom billeddannelse af hævelsen af ​​stænger og kegler kan afsløre dynamikken i deres reaktion på lys, indtil for nylig, det var ikke kendt, om disse ændringer kunne måles in vivo i det menneskelige øje, " sagde Mehdi Azimipour, avisens første forfatter. "Dette skyldes, at størrelsen af ​​fotoreceptorerne og skalaen af ​​de lysfremkaldte deformationer var et godt stykke under opløsningerne fra retinale billeddannelsessystemer."

Billeddannelse af højhastighedsdynamik

For nylig, fuldfelts OCT er blevet brugt til at visualisere den lysfremkaldte deformation af større perifere kegler. OCT-systemet udviklet af forskerne fra UC Davis giver bedre konfokalitet, hvilket forbedrer billedkvaliteten ved at afvise mere spredt lys og undertrykke tilhørende støj. Fordi den lysfremkaldte deformation af fotoreceptorer kan være meget hurtig, det nye system inkorporerer en high-speed Fourier-domæne mode-locked laser, der muliggør hurtig billeddannelse og kan scanne 16 gange hurtigere end kommercielt tilgængelige lasere, der bruges til swept source OCT.

For at tage billeder i den højest mulige opløsning, forskerne inkorporerede adaptiv optikteknologi, der måler øjets aberrationer og korrigerer dem i realtid. Selv med adaptiv optik, stavfotoreceptorer er for små til at blive afbildet på grund af systemets 1-mikron-bølgelængde lyskilde. For at overvinde dette problem, forskerne tilføjede en scanning lys oftalmoskop billeddannelseskanal, der bruger en bølgelængde, der er mindre end 1 mikron til at øge billeddannelsesopløsningen. Dette tillod differentiering af stænger og kegler i co-registrerede OCT-billeder.

Forskerne brugte deres nye instrument til at måle deformationerne af stænger og kegler som reaktion på lys af varierende intensitet i levende menneskelige øjne. Cellernes reaktioner steg efterhånden som lysintensiteten steg, indtil mætning indtraf, i overensstemmelse med fototransduktion.

Fordi det nye instrument producerer store mængder data (3,2 GB/s) over selv et lille synsfelt, software skal udvikles til at tillade scanning af større områder af nethinden og automatisk databehandling. Dette ville gøre systemet mere praktisk til klinisk brug.

Forskerne planlægger nu at bruge instrumentet til at måle fotoreceptorlysresponser hos patienter med nethindesygdomme for at se, om der kan opnås ny indsigt. "Vi håber at være involveret i at bruge systemet til at teste nye terapier for blændende sygdomme, at fremskynde processen med at bringe disse terapeutiske midler til klinikken, " sagde Azimipour.