21.10.2021 Dekadę temu dwaj naukowcy z naszego Instytutu – prof. Wojtkowski i dr Karnowski – opublikowali pierwszą na świecie pracę dotyczącą połącznia tomografii optycznej OCT pobudzenie próbki strumieniem powietrza – metodą znaną z pomiarów tonometrycznych [1]. Zaproponowana metoda bezpośredniego pomiaru deformacji wierzchołka rogówki była przedmiotem dalszych badań [2-4].
W ciągu ostatnich 4 lat prof. Wojtkowski i dr Karnowski kierują (w Instytucie Chemii Fizycznej PAN) grupą badaczy w ramach projektu IMCUSTOMEYE – 4-letniego projektu finansowanego z programu Komisji Europejskiej Horizon 2020 w ramach tematu Photonics 2017 KET. Projekt IMCUSTOMEYE koncentruje się na rozwoju metody air-puff OCT w kierunku pomiarów trójwymiarowych [5]. Ostatecznym celem jest umożliwienie charakterystyki zachowania mechanicznego oka in vivo przy użyciu efektywnej kosztowo technologii obrazowania, która dostarcza wyniki w czasie niemal rzeczywistym. Proponowana metoda umożliwi budowę modeli specyficznych dla pacjenta, które będą w stanie przewidzieć z dużą dokładnością mechaniczną odpowiedź oka na chorobę i leczenie.
Naszą rolą jako ekspertów w dziedzinie optyki biomedycznej i fotoniki, jest opracowanie niedrogiego, kompaktowego urządzenia OCT do obrazowania dynamicznej deformacji rogówki w sposób trójwymiarowy.
References
[1] David Alonso-Caneiro, Karol Karnowski, Bartlomiej J. Kaluzny, Andrzej Kowalczyk, and Maciej Wojtkowski, „Assessment of corneal dynamics with high-speed swept source Optical Coherence Tomography combined with an air puff system,” Opt. Express 19, 14188-14199 (2011)
[2] Carlos Dorronsoro, Daniel Pascual, Pablo Pérez-Merino, Sabine Kling, and Susana Marcos, „Dynamic OCT measurement of corneal deformation by an air puff in normal and cross-linked corneas,” Biomed. Opt. Express 3, 473-487 (2012)
[3] Maczynska, E, Karnowski, K, Szulzycki, K, et al. Assessment of the influence of viscoelasticity of cornea in animal ex vivo model using air-puff optical coherence tomography and corneal hysteresis. J. Biophotonics. 2019; 12:e201800154
[4] Karol Marian Karnowski, Ewa Mączyńska, Maciej Nowakowski, Bartłomiej Kałużny, Ireneusz Grulkowski, Maciej Wojtkowski, „Impact of diurnal IOP variations on the dynamic corneal hysteresis measured with air-puff swept-source OCT”, Phot. Lett. Pol., vol. 10, no. 3, pp. 64-66, (2018)
[5] Andrea Curatolo, Judith S. Birkenfeld, Eduardo Martinez-Enriquez, James A. Germann, Geethika Muralidharan, Jesús Palací, Daniel Pascual, Ashkan Eliasy, Ahmed Abass, Jędrzej Solarski, Karol Karnowski, Maciej Wojtkowski, Ahmed Elsheikh, and Susana Marcos, „Multi-meridian corneal imaging of air-puff induced deformation for improved detection of biomechanical abnormalities,” Biomed. Opt. Express 11, 6337-6355 (2020)
Autor: Dr. Karol Karnowski
OCT w podmuchu powietrza
Estimation of scleral mechanical properties from air-puff optical coherence tomography
David Bronte-Ciriza, Judith S. Birkenfeld, Andrés de la Hoz, Andrea Curatolo, James A. Germann, Lupe Villegas, Alejandra Varea, Eduardo Martínez-Enríquez, and Susana Marcos
Abstract
We introduce a method to estimate the biomechanical properties of the porcine sclera in intact eye globes ex vivo, using optical coherence tomography that is coupled with an air-puff excitation source, and inverse optimization techniques based on finite element modeling. Air-puff induced tissue deformation was determined at seven different locations on the ocular globe, and the maximum apex deformation, the deformation velocity, and the arc-length during deformation were quantified. In the sclera, the experimental maximum deformation amplitude and the corresponding arc length were dependent on the location of air-puff excitation. The normalized temporal deformation profile of the sclera was distinct from that in the cornea, but similar in all tested scleral locations, suggesting that this profile is independent of variations in scleral thickness. Inverse optimization techniques showed that the estimated scleral elastic modulus ranged from 1.84 ± 0.30 MPa (equatorial inferior) to 6.04 ± 2.11 MPa (equatorial temporal). The use of scleral air-puff imaging holds promise for non-invasively investigating the structural changes in the sclera associated with myopia and glaucoma, and for monitoring potential modulation of scleral stiffness in disease or treatment.
Link to publication
