Optyczna tomografia koherentna z wariancją plamkową

Optyczna koherentna tomografia wariancji plamek (SV-OCT) to algorytm obrazowania służący do funkcjonalnego obrazowania optycznego. Optyczna tomografia koherentna to metoda obrazowania wykorzystująca interferometrię o niskiej koherencji w celu uzyskania obrazów wolumetrycznych o wysokiej rozdzielczości i rozdzielczości w głębi. OCT można wykorzystać do przechwytywania funkcjonalnych obrazów przepływu krwi, techniki znanej jako angiografia optycznej koherentnej tomografii (OCT-A). SV-OCT jest jedną z metod dla OCT-A, która wykorzystuje wariancję kolejnych uzyskanych obrazów do wykrywania przepływu w skali mikronowej. SV-OCT można stosować do pomiaru mikrokrążenia tkanki. W szczególności jest to przydatne w okulistyka do wizualizacji przepływu krwi w obszarach siatkówki i naczyniówki oka, co może dostarczyć informacji na temat patofizjologii chorób.

Wstęp

Kolorowa fotografia dna oka, angiografia fluoresceinowa (FA) i angiografia zieleni indocyjaninowej (ICGA) to metody obrazowania sieci mikrokrążenia siatkówki. Jednakże metody te mają wady polegające na tym, że wymagają użycia egzogennych środków kontrastowych. Ponadto obrazy uzyskane za pomocą tych technik mają charakter dwuwymiarowy i dlatego nie zawierają informacji o głębi. OCT ma kilka zalet, które czynią ją atrakcyjną dla wolumetrycznego obrazowania struktury naczyń. Mianowicie, OCT jest w stanie uzyskać lokalizację z rozdzielczością głęboką przy wysokich rozdzielczościach przestrzennych i czasowych, nie wymaga egzogennych środków kontrastowych, jest nieinwazyjna i bezkontaktowa. ^{[ potrzebne źródło ]}

OCT dało początek rodzinie technik wykonywania OCT-A, w tym OCT z wariancją plamkową, OCT z wariancją fazową, mikroangiografią optyczną i mikroangiografią z rozszczepionym widmem.

Speckle variance OCT wykorzystuje tylko informacje o amplitudzie złożonego sygnału OCT, podczas gdy OCT wariancji fazy wykorzystuje tylko informacje o fazie.

Mikroangiografia optyczna oblicza przepływ przy użyciu obu składowych złożonego sygnału OCT.

Angiografia dekorelacji amplitudy z podziałem widma (SSADA) oblicza średnią dekorelację między kolejnymi skanami B w celu wizualizacji przepływu krwi.

Metody

System obrazowania

SV-OCT można wykonać za pomocą domeny widmowej OCT (SD-OCT) i przemiatanego źródła OCT (SS-OCT). SD-OCT i SS-OCT to obie metody OCT w domenie Fouriera (FD-OCT), która ma znacznie większą szybkość akwizycji obrazu w porównaniu z OCT w domenie czasu. Ogólnie rzecz biorąc, OCT mierzy opóźnienie czasowe echa i intensywność światła odbitego i rozproszonego wstecz. Szerokopasmowy laser lub superluminescencyjne źródło światła o niskiej koherencji dociera do rozdzielacza wiązki, który wysyła połowę światła do ramienia odniesienia, które znajduje się w znanym miejscu, a połowę światła do próbki, gdzie rozprasza się i odbija się od tkanki. Światło z ramion odniesienia i próbki rekombinuje w rozdzielaczu wiązki, tworząc wzór interferencji, który jest wykrywany przez fotodetektor. W SD-OCT wzór interferencji jest dzielony na składowe częstotliwości przez siatkę i jednocześnie wykrywany przez urządzenie ze sprzężeniem ładunkowym (CCD). Każda częstotliwość odpowiada określonej głębokości w tkance. W SS-OCT stosuje się przestrajalne źródło laserowe.

Algorytm

Intensywność lub plamka sygnału OCT to losowy wzór interferencji wytwarzany przez światło rozproszone wstecznie z losowego ośrodka. OCT rejestruje obrazy przekrojowe, znane jako B-skany. W SV-OCT wiele skanów B jest przechwytywanych w tym samym miejscu, tworząc zestaw danych 3D, z czasem jako trzecim wymiarem. Wariancja pikselowa jest obliczana między kolejnymi klatkami B-scan. Obraz wariancji plamek jest obliczany jako ^{[ potrzebne źródło ]} ${\ displaystyle I_ {SV}}$

$\ Displaystyle I_ {SV} = {\ Frac {1} {N} }\sum _{i=1}^{N}\left(I_{ijk}-{\frac {1}{N}}\sum _{i=1}^{N}I_{ijk}\right) ^{2}\qquad \quad (1)}$

gdzie $to$ liczba skanów B uzyskanych w jednym miejscu i $jot$ $displaystyle (j, k)}$ o $współrzędnych$ w skanie B indeksowanym przez ${\ displaystyle i}$ .

Na wzór plamek obrazów OCT wpływa ruch cząstek rozpraszających w ośrodku docelowym. Wzór interferencji wytwarzany przez sygnał światła rozproszonego wstecznie przez ośrodek zależy od ruchu tych cząstek. Dlatego wzór plamek zawiera informacje dotyczące przestrzennego i czasowego ruchu rozpraszających cząstek w losowym ośrodku rozpraszającym. SV-OCT wykorzystuje międzyklatkową wariancję intensywności obrazu do obliczenia przepływu krwi. Obszary o dużym przepływie będą miały większy ruch cząstek rozpraszających, a informacja ta jest zakodowana we wzorze cętek. ^{[ potrzebne źródło ]}

SV-OCT ma zalety w obrazowaniu mikrokrążenia ze względu na wysoką czułość i niezależność od kąta Dopplera. Ponadto ma niską złożoność obliczeniową i wymaga stosunkowo niewielkiego przechowywania danych w porównaniu z PV-OCT. Jednak SV-OCT jest podatny na masowy ruch tkanki i wielokrotne artefakty wywołane rozpraszaniem.

Aplikacje

SV-OCT ma zastosowanie w okulistyce, ponieważ kilka chorób wpływa na przepływ krwi w oku. Na przykład retinopatia cukrzycowa (DR) może zmieniać strukturę naczyń włosowatych siatkówki i powodować neowaskularyzację, jaskra jest związana z niższym przepływem krwi w siatkówce, zwyrodnienie plamki żółtej związane z wiekiem (AMD) jest związane z neowaskularyzacją naczyniówki, która może prowadzić do utraty wzroku. SV-OCT został wykorzystany do obrazowania mikronaczyń oka i badania patofizjologii tych chorób.

Oprócz zastosowań w okulistyce, SV-OCT był używany do badania przepływu krwi w zarodkach, tkance serca i tkance kręgosłupa