Posts published on Травень 14, 2020

Новий метод візуалізації, що дасть можливість бачити судини, які знаходяться за очним яблуком

 

Хоріоїдальні та ретробульбарні кровоносні судини знаходяться в глибоких областях очного яблука, і постачають кисень із поживними речовинами до сітківки. Вони є життєво важливими для нашого зору, структури та здоров’я очних яблук. Однак, ми не розуміємо ці важливі кровоносні судини в тій мірі, в якій мали б, оскільки сучасні методи візуалізації не дозволяють бачити настільки глибоко, щоб ми мали змогу повним чином контролювати їх функціонування.

Дослідницька група із USC Viterbi School of Engineering’s Department of Biomedical Engineering сподівається вивчити це питання. Працюючи разом із Keck School of Medicine при USC’s Department of Ophthalmology, вони розробили нову методику ультразвукової візуалізації, яка може допомогти у ранній діагностиці таких станів, як глаукома та вікова дегенерація макули.

Відповідно до слів Xuejun Qian, автора дослідження, під час звичайного ультразвукового дослідження частота кадрів є дуже низькою і складає приблизно 30-50 кадрів в секунду, що й перешкоджає чутливості до сигналів кровотоку в задній частині ока.

“Основна відмінність нашого методу візуалізації від звичайного УЗД полягає в тому, що наш може забезпечувати приблизно 10000 кадрів в секунду завдяки техніці візуалізації плоскої хвилі. Тому він в 100 разів швидший за попередній метод, що підвищує його чутливість”, – сказав Qifa Zhou, керівник Xuejun Qian, професор з біомедичної інженерії та офтальмології.

Сучасна поширена технологія контролю функції очей відома як оптична когерентна томографія (ОКТ). І як функціональне розширення ОКТ, виникла ангіо-ОКТ (ОСТ-А) – неінвазивна техніка візуалізації мікроваскуляризації та дрібних судин сітківки пацієнта.

“Але через оптичний механізм ОСТ-А, вона має невелику глибину проникнення”, – сказав Qian. “Тож це означає, що вона має змогу зображувати лише поверхневі шари ока, зокрема сітківку”.

Mark Humayun, професор офтальмології, біомедичної інженерії, клітинної та нейробіології, сказав, що можливості візуалізації OCT-A обмежені здатністю зображувати хоріоїдний кровотік під сітківкою, і вона не може проникнути за межі склери – непрозорого шару, що оточує око, щоб дати змогу побачити ретробульбарну судинну систему, наприклад задню циліарну артерію і ретробульбарні ділянки центральної артерії сітки та вени, розташовані в задній частині ока.

“Сучасна модальність візуалізації не дає змоги це зробити, тому ми розробляємо функціональне ультразвукове дослідження високої роздільної здатності як новий метод, щоб зобразити та забезпечити можливість побачити як змінюються судини, спостерігати за кровотоком та краще зрозуміти структуру та функціонування очей”, – сказав Zhou.

Команда розробила метод ультразвукової мікро-судинної візуалізації із надвисокою роздільною здатністю, який використовує високочастотні ультразвукові хвилі та ілюмінацію плоских хвиль, в якій усі елементи ультразвукового перетворювача випалюются одночасно.

“Ми просто прикріпили зонд в передній частині ока, щоб отримати зображення після введення дози контрастного агента – мікропухирців, які є затвердженою FDA технологією, яка уже застосовується в серцево-судинній візуалізації”, – каже Qian.

Він сказав, що мікропухирці дозволили їм подолати межу дифракції ультразвуку та покращити роздільну здатність зображення.

“Ультразвук є механічною хвилею, і її просторова роздільна здатність обмежена довжиною хвилі”, – каже Qian. “Подолання межі дифракції означає, що досяжна роздільна здатність може бути нижчою за однієї довжини хвилі. 1D масив, який використовується в даний час, дозволяє лише відобразити двовимірний зріз ока, і вас необхідне провести механічне сканування, якщо ви хочете відтворити 3D зображення, що займає набагато більше часу”.

Zhou сказав, що його команда також розробляє новий пристрій для проведення сканування – двовимірний матричний масив, який має багато переваг над одновимірними масивами, що зараз використовуються для ультразвукового сканування. Новим приладом команди стане 2D зонд, який дозволить одночасно бачити весь об’єм ока в реальному часі.

“Використовуючи 2D матричний масив, нам не потрібно проводити механічне сканування або переміщувати перетворювач вперед та назад. Ми просто зможемо розмістити зонд перед оком і побачити повноцінне 3D зображення”, – сказав Qian.

Новий зонд надав би багато переваг медичній діагностиці, зокрема для таких станів, як глаукома, при якій внутрішньоочний тиск – тиск рідин всередині ока – змінюється, що може вплинути на вимірювання кровотоку в хоріоїдальних та ретробульбарних судинах.

“Доведено, що глаукома пов’язана зі змінами у кровотоці”, – сказав Humayun. “Цей метод допоможе нам визначити зміни кровотоку, щоб ми мали змогу втрутитися раніше і попередити глаукоматозне ураження зорового нерву”.

Наступним етапом дослідження буде застосування ультразвуку як неінвазивної технології для стимуляції сітківки з метою відновлення зору.

Оригінальна стаття була опублікована на сайті USC Viterbi School of Engineering 29 квітня 2020 року.

Дослідження було опубліковане на сайті IEEE Transactions on Biomedical Engineering.