Synkvalitet och retinal avbildning
Kort beskrivning
Forskargruppen tittar på retina (näthinnan) hos normala och för tidigt födda, för att skapa en modell av fovea – eller centralgropen, en fördjupning i gula fläcken – med syftet att lättare kunna diagnosticera avvikelser.
Vidare arbetar gruppen för en utveckling av den befintliga tekniken adaptiv optik som används bland annat för att korrigera optiska fel. Gruppen har utvecklat ett koncept för ögonbottenfotografering över en större korrigerad bildyta än standard, vilket på sikt kan skapa möjligheter till klinisk användning.
Våra två huvudprojekt
Forskargruppen driver i huvudsak två projekt:
- Karakterisering av näthinnelagertopografi hos normala och för tidigt födda individer för att etablera en strukturell modell av fovea med möjlighet att diagnosticera avvikelser.
- Adaptiv optik (AO) är en teknik som används för att korrigera optiska fel och ta diffraktionsbegränsade bilder. Majoriteten av dagens system är så kallade single-conjugate AO (SCAO) vilka begränsas av ett litet korrigerat bildfält på ca 2 grader. För att uppnå ett större korrigerat bildfält används en metod kallad multi-conjugate AO (MCAO). Vår grupp har utvecklat detta koncept för ögonbottenfotografering över en korrigerad bildyta motsvarande ca 7 grader på näthinnan. Detta kan på sikt skapa möjligheter till klinisk användning.
Nedan beskriver vi vår forskning kring synkvalitet och avbildning av näthinnan närmare.
Högupplöst näthinnefotografering med adaptiv optik
Kvalitén på bilder av näthinnan begränsas av optiska avvikelser orsakade av fel i ögats optiska medier, s.k. abberrationer. Diffraktionsbegränsade näthinnebilder kan endast uppnås genom att kompensera för ögats abberrationer. Information om näthinnans patologi och struktur på cellulär nivå är alltså inte tillgänglig i klinisk miljö utan har endast kunnat inhämtas genom histologiska studier. Dylika studier kan inte utföras på levande vävnad vid t.ex. longitudinella studier av sjukdomsprogress och/eller resultat av medicinsk behandling. (klicka på bild för förstoring)
Adaptiv optik (AO) är en teknik som används för att ta diffraktionsbegränsade bilder under omständigheter som normalt skulle leda till kraftigt försämrad bildkvalitet och sämre upplösning. I icke-militära tillämpningar användes den först föreslagen inom astronomi. AO-tekniken har sedan dess använts i många discipliner, inklusive synforskning, där strukturer på näthinnan ner till några få tusendels millimeter kan upplösas genom korrektion av ögats aberrationer.
Den allmänna principen för AO är att med en vågfrontssensor mäta de avvikelser som uppstår mellan ett objekt och kamerans bildplan och med en styrdator analysera mätningarna och beräkna en korrektion. Korrektionen överförs till t.ex. en deformerbar spegel, som är placerad mellan objektet och kamerans bildplan och möjliggör då högupplöst avbildning av objektet.
De allra flesta av dagens AO-system inom synforskning använder sig av en punktkälla på näthinnan som ett referensobjekt för att mäta ögats aberrationer. AO-korrektion uppnås med en deformerbar spegel. Ett AO-system med en punktkälla och en deformerbar spegel kallas för single-conjugate AO (SCAO) system. Aberrationer i ett sådant system mäts i en vinkel och korrektionen appliceras enhetligt över hela bildfältet. Eftersom ögats abberrationer är vinkelberoende resulterar detta i ett litet korrigerad bildfält på ca 2 grader.
En metod för att överbrygga denna begränsning hos SCAO kallas multi-conjugate AO (MCAO) och använder flera deformerbara speglar och flera punktkällor för att öka den korrigerade bildvinkeln och korrigera abberrationer över ett större bildfält än SCAO.
MCAO för astronomi har studerats i stor utsträckning. Tillämpning av MCAO inom ögonforskning är i sin linda, med endast ett fåtal publikationer. Vår grupp har publicerat de första experimentella studierna och praktiska tillämpningar av denna teknik i ögat med flera punktkällor och två deformerbara speglar, benämnt dual-conjugate adaptive optics (DCAO). Detta gör det möjligt att avbilda näthinnestrukturer ner till några få tusendels millimeter såsom synceller och näthinnans minsta blodkärl, kapillärer, över ett bildområde på ca 7x7 grader. Det är unikt i sitt slag och ger bilder över ett område som är upp till 50 gånger större än de flesta andra liknande AO-instrument, vilket på sikt öppnar upp möjligheter till klinisk användning.
En andra generationens prototyp baserad på vår DCAO-laboratoriedemonstrator utvärderas för närvarande.
Strukturella konsekvenser av avstannad foveal utveckling hos för tidigt födda barn
Det saknas en detaljerad topografisk beskrivning av yttre näthinnelager i OCT-bilder. Därför finns det ett behov av en strukturell modell för att kunna utvärdera avvikelser från normal struktur. Lesioner eller förändringar i yttre och inre näthinna måste analyseras separat. En förlust av yttre och inre fotoreceptorsegment kan därför följas av cell- eller axonförlust i perifert förskjutna näthinnelager.
Ett grundläggande problem vid utvärdering av högupplösta bilder av den centrala näthinnan med optisk koherenstomografi (OCT) är det faktum att inre retinala strukturer förskjuts perifert från fotoreceptorer i fovea och att det är svårt att avgränsa de lager som representerar fotoreceptorer eller inre retinala strukturer i vanliga tvärsnittsbilder av den centrala näthinnan.
Det övergripande syftet är att karakterisera topografin av yttre och inre näthinnelager hos normala individer och personer med en historia med för tidig födsel (prematuritet) och etablera en strukturell modell av fovea med möjlighet att diagnosticera avvikelser.
Den specifika målsättningen är att utveckla och utvärdera två metoder för kvantitativ analys av näthinnans lagerstruktur i OCT-bilder. Både den manuella och den densitometriska metoden innebär fördelar då positioner och tjocklekar för individuella näthinnelager kan bestämmas och jämföras i vertikala snitt vinkelrätt mot pigmentepitellagret (RPE).
En modell av näthinnan som beskriver profilen för varje lager eller anatomisk struktur med relevanta landmärken och positioner är användbar för att framgent öka klinikernas möjlighet att upptäcka och värdera sjukliga förändringar i central näthinna. Tidigare metoder har varit mer tidskrävande och gränser mellan skikt svåra att definiera och inget kritiskt urval har skett av relevanta mätpositioner.
Bild underst: Utsnitt från uträtade OCT-bilder med tillhörande densitometriska grafer. Överst ses utsnitt kring foveacentrum (FC) med tillhörande densitometrisk graf i FC för normal (A) och prematur (B) näthinna. Nederst visas motsvarande utsnitt med tillhörande densitometrisk graf vid positionen för maximal näthinnetjocklek för normal (C) och prematur (D) näthinna. Skillnaden i tjocklek (visas med dubbelpilar till höger i (C) och (D)) indikerar ofullständig extrusion av inre näthinnelager (IRL) i prematur näthinna (D). Ökad tjocklek av ONL (vertikal lila stapel) kan ses i FC i (D)
ILM - inre gränsmembranet; iOPL - inre delen av yttre plexiforma lagret; HFL - Henlefiberlagret; ONL - yttre nukleära lagret; ELM - yttre gränsmembranet; IS/OS - knutpunkt mellan fotoreceptorernas inner- och yttersegment; pRPE - pigmentepitellagrets bakre gräns.
Gruppmedlemmar
Zoran Popovic, överingenjör, forskargruppsledare
Johan Sjöstrand, professor emeritus
