Projekt „Two photon vision and two photon eye imaging (2×2-PhotonVis)” był realizowany w ramach IChF PAN, a następnie ICTER od grudnia 2017 do września 2022 roku. Głównym celem projektu było opracowanie nowatorskich i oryginalnych metod optycznych oraz oprzyrządowania do badań funkcjonalnych wzroku ludzi i zwierząt, z wykorzystaniem procesów absorpcji dwufotonowej i fluorescencji wzbudzonej dwufotonowo. Projekt poszerzył naszą wiedzę na temat właściwości optycznych siatkówki ludzkiej i gryzoni oraz jej podatności na nieliniowe procesy optyczne dwufotonowej izomeryzacji chromoforów rodopsyny i dwufotonowo wzbudzonej fluorescencji w komórkach RPE. Efektem projektu było dziewięć prac opublikowanych w czasopismach indeksowanych przez JCR.

Projekt POIR.04.04.00-00-3D47/16 jest realizowany w ramach programu TAEM TECH Fundacji na rzecz Nauki Polskiej współfinansowanego ze środków UE pochodzących z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój.

Autor tekstu: Dr. Slawomir Tomczewski
Lider projektu: Prof. Maciej Wojtkowski
Strona www projektu: https://2photon.icter.pl/
Źródło obrazu: figura 8 – https://doi.org/10.1172/jci.insight.121555

Od wielu lat wizualna inspekcja fotografii dna oka oraz badanie obrazów uzyskanych za pomocą optycznej tomografii OCT są wykorzystywane przez okulistów do diagnostyki chorób oczu i monitorowania postępów terapii dzięki możliwości wykrywania morfologicznych biomarkerów patofizjologii. Jednakże, wczesne zwyrodnienie siatkówki może wpływać na fizjologię fotoreceptorów i ich funkcjonalną odpowiedź na bodźce świetlne na długo przed zaburzeniem morfologii siatkówki w skali widocznej przez instrumenty kliniczne. 

Anomalie w odpowiedzi fizjologicznej mogą być mierzone za pomocą elektroretinografii (ERG), poprzez rejestrację prądów elektrycznych generowanych bezpośrednio przez neurony siatkówki w połączeniu z wkładem pochodzącym z glii siatkówki. Wadą ERG jest to, że mierzy ona średnią odpowiedź z dużych obszarów siatkówki i może nie zauważyć zmian fizjologicznych występujących tylko w małych obszarach. Problem ten może być częściowo rozwiązany przez wieloogniskowe ERG, które mierzy odpowiedź z określonych regionów siatkówki. Problemem pozostaje jednak odróżnienie degeneracji fotoreceptorów od degeneracji neuronów siatkówki. 

Ostatnio opracowano nową technikę zwaną optoretynografią (ORG). W technice tej fizjologiczna odpowiedź na pojedynczy impuls świetlny jest mierzona za pomocą OCT. W naszej pracy skupiamy się na opracowaniu ORG, która może mierzyć odpowiedź na bodziec migotania. Podobne pomiary były już wielokrotnie wykonywane za pomocą ERG i okazały się kluczowe w analizie adaptacji świetlnej siatkówki oraz krytycznej częstotliwości migotania (CFF) pomiędzy plamką żółtą a peryferiami. 

Nasze wyniki pokazały, że jesteśmy w stanie wykryć odpowiedź fotoreceptorów na różne częstotliwości migotania w sposób powtarzalny. Wykazaliśmy również zdolność do przestrzennego wykrywania odpowiedzi na bodziec z paskami światła migoczącymi z różnymi częstotliwościami. Wyniki te podkreślają perspektywę bardziej obiektywnego badania zmian CFF w całej siatkówce lub pełnej charakterystyki przestrzennie rozdzielczej czasowej odpowiedzi częstotliwościowej siatkówki za pomocą perymetrii migotania ORG i innych nowych dokładnych badań funkcjonalnych siatkówki dla wczesnego wykrywania zwyrodnienia siatkówki i monitorowania terapii.

Tekst: dr Sławomir Tomczewski, e-mail: stomczewski@ichf.edu.pl

Poniższe informacje opracowano na podstawie artykułu: „Wykrywanie subklinicznych zmian sztywności rogówki  za pomocą metody alternatywnej do densytometrii rogówki” autorstwa Alejandra Consejo; Marta Jiménez-García; Ikram Issarti & Jos J. Rozema.

Stożek rogówki jest chorobą oczu, która dotyka rogówki, najbardziej zewnętrznej, przezroczystej części soczewkę naszych oczu. Jest postępującą chorobą, która dotyczy 1 na 1000 osób i jeśli nie jest leczona, może prowadzić do ślepoty. Wczesne wykrywanie stożka rogówki jest wyzwaniem klinicznym.

Prezentowana praca została opracowana w ramach projektu MAiCRO wykonywanego w ICTER, a finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki. Projekt jest wynikiem współpracy z kolegami z Volantis, ze Szpitala Uniwersyteckiego w Antwerpii w Belgii.

W niniejszej pracy zaproponowano reinterpretację już dostępnych danych klinicznych w celu poprawy wczesnego wykrywania stożka rogówki. Podczas standardowego badania okulistycznego lekarze skupiają się głównie na analizie danych makroskopowych: kształtu rogówki, jej grubości, promienia krzywizny oraz innych parametrów geometrycznych. Analiza takich danych pozwala okulistom na rozpoznanie różnych chorób oczu, ale wielokrotnie okazywało się, że nie wystarcza to do postawienia właściwej diagnozy, zwłaszcza na wczesnym etapie rozwoju schorzenia.

Jaką innowację wnosi podejście zaproponowane przez Consejo, Jiménez-García, Issarti & Rozema? Autorzy definiują narzędzie diagnostyczne oparte nie tylko na tradycyjnych parametrach makroskopowych, ale również na danych mikroskopowych opisujących rogówkę, łącząc oba podejścia (informacje makro- i mikroskopowe) w metodologii nazwanej MAiCRO. W szczególności, w prezentowanym artykule,  analizowano obrazy tomograficzne rogówki sześćdziesięciu prawych oczu uzyskane z Kliniki Okulistyki Szpitala Uniwersyteckiego w Antwerpii. Pacjenci zostali podzieleni na trzy grupy: grupa kontrolna (20 oczu), grupa z rogowaceniem klinicznym (20 oczu) i grupa z rogowaceniem subklinicznym (20 oczu) – rogowacenie subkliniczne to oczy, w których nie doszło jeszcze do rozwoju choroby. W badaniu zdefiniowano biomarkery, które odpowiadają za przejrzystość tkanki i porównano je między grupami badanymi. Do zdefiniowania tych biomarkerów zastosowano różne techniki przetwarzania obrazu i statystycznego modelowania rozkładu natężenia światła (innymi słowy, wykorzystano informacje o tym jak światło zmienia się przechodząc przez warstwy rogówki).

Wyniki badania zweryfikowane za pomocą analizy ROC potwierdziły sukces dyskryminacyjny na poziomie 97% w różnicowaniu pomiędzy subklinicznym stożkiem rogówki a oczami kontrolnymi, co odpowiada znacznie większej skuteczności  diagnostycznej niż oferowana przez standardy kliniczne.

Istotną zaletą opracowanej metodologii jest analiza powszechnie dostępnych danych szpitalnych uzyskanych za pomocą nieinwazyjnej tomografii okulistycznej opartej na technologii Scheimpflug. Stosując metodologię MAiCRO, lekarze nie muszą wykonywać dodatkowych pomiarów, ani dodatkowych badań, aby móc skuteczniej niż dotychczas diagnozować stożek rogówki.

Dr Alejandra Consejo jest postdoktorantką współpracującą z ICTER.

Powyższe informacje opracowano na podstawie artykułu: „Wykrywanie subklinicznych zmian sztywności rogówki  za pomocą metody alternatywnej do densytometrii rogówki” autorstwa Alejandra Consejo; Marta Jiménez-García; Ikram Issarti & Jos J. Rozema.

Wsparcie finansowe Narodowego Centrum Nauki (Polska) w ramach programu finansowania OPUS 19 (projekt nr 2020/37/B/ST7/00559).

Mikroperymetria jest subiektywną metodą badania pola widzenia, która umożliwia ocenę funkcji siatkówki w różnych jej miejscach. Mikroperymetria dwufotonowa jest rozwinięciem tej techniki. W przeciwieństwie do tradycyjnej mikroperymetrii, która wykorzystuje bodziec widzialny, mikroperymetria dwufotonowa wykorzystuje impulsowe lasery podczerwone jako źródło promieniowania optycznego. Osoba badana postrzega taki bodziec jako kolorowy dzięki zjawisku widzenia dwufotonowego [1].

Możliwość zastosowania mikroperymetrii dwufotonowej zależy w dużej mierze od parametrów lasera użytego do eksperymentów. Dlatego w ICTER prowadzimy szeroko zakrojone badania nad wpływem parametrów impulsowego lasera podczerwonego, takich jak: czas trwania impulsu, częstotliwość powtarzania impulsów, długość fali, na percepcję przez człowieka [2, 3]. Ponadto, prowadzimy kliniczną ocenę przydatności mikroperymetrii dwufotonowej do wcześniejszego i skuteczniejszego wykrywania zaburzeń funkcji wzrokowych oka [4]. Wierzymy, że głębsze zrozumienie zjawiska widzenia dwufotonowego, optymalizacja procedur badania pola widzenia oraz testy kliniczne pozwolą nam na dostarczenie użytecznego narzędzia dla okulistów na całym świecie.

Tekst: mgr inż. Marcin Marzejon

mmarzejon@ichf.edu.pl

[1] Ruminski et al., BOE 10(9), pp. 4551-4567 (2019). DOI: 10.1364/BOE.10.004551

[2] Marzejon et al., BOE 12(2), pp. 462-479 (2021). DOI: 10.1364/BOE.411168

[3] Marzejon et al., Proc. SPIE 11623, 116231N (2021). DOI: 10.1117/12.2582735

[4] Komar et al., AOVS 62(8), 2009 (2021)

Mikroperymetria dwufotonowa z impulsami pikosekundowymi

Marcin J. Marzejon, Łukasz Kornaszewski, Jakub Bogusławski, Piotr Ciąćka, Miłosz Martynow, Grażyna Palczewska, Sebastian Maćkowski, Krzysztof Palczewski, Maciej Wojtkowski & Katarzyna Komar

Abstract

Two-photon vision is a phenomenon associated with the perception of short pulses of near-infrared radiation (900-1200 nm) as a visible light. It is caused by the nonlinear process of two-photon absorption by visual pigments. Here we present results showing the influence of pulse duration and repetition rate of short pulsed lasers on the visual threshold. We compared two-photon sensitivity maps of the retina obtained for subjects with normal vision using a cost-effective fiber laser (λc = 1028.4 nm, τp = 12.2 ps, Frep = 19.17 MHz) and a solid-state laser (λc = 1043.3 nm, τp = 0.253 ps, Frep = 62.65 MHz). We have shown that in accordance with the description of two-photon absorption, the average optical power required for two-photon vision for a fiber laser is 4 times greater than that for a solid-state laser. Mean sensitivity measured for the first one is 5.9 ± 2.8 dB lower than for the second but still 17 dB away from the safety limit, confirming that picosecond light sources can be successfully applied in microperimetry. This development would dramatically reduce the cost and complexity of future clinical devices.

Link do publikacji

https://doi.org/10.1364/BOE.411168

Konwencjonalna skanująca technika OCT (ang. Optical Coherence Tomography) łączy bramkowanie czasowe z konfokalnym, umożliwiając szybkie, wysokorozdzielcze obrazowanie przekrojowe ludzkiej siatkówki. Klasyczna OCT nie zapewnia jednak wysokiej rozdzielczości obrazów głębokich warstw siatkówki ze względu na aberracje oka i fundamentalny kompromis między głębokością obrazowania a rozdzielczością poprzeczną. 

Ten kompromis jest redukowany przez metodę pełnopolowej OCT (ang. Full-field OCT, FF-OCT), która wykorzystuje dwuwymiarową kamerę zamiast jednoelementowej fotodiody. Jednak próba zwiększenia szybkości obrazowania FF-OCT poprzez detekcję w dziedzinie Fouriera (FD) spowodowała kolejne poważne ograniczenie. Mianowicie, spójność przestrzenna lasera generuje koherentne artefakty, co zmniejsza rozdzielczość przestrzenną i, jak pokazano poniżej, wyklucza wizualizację głębokich warstw siatkówki. 

Aby rozwiązać ten problem, opracowaliśmy nowy sposób kontroli fazy optycznej nazwany STOC (Spatio-Temporal Optical Coherence). Zastosowanie STOC do pełnopolowej optycznej koherentnej tomografii Fouriera (FD-FF-OCT) nazwaliśmy tomografią STOC (STOC-T) lub obrazowaniem STOC. Nasza nowa metodaumożliwiła wysokorozdzielcze przyżyciowe wizualizowanie ludzkiej skóry, siatkówki i rogówki z niespotykanymi dotąd prędkościami (100 wolumenów na sekundę). 

W obrazowaniu STOC rozszerzyliśmy FD-FF-OCT o przestrzenny modulator fazy (ang. Spatial Phase Modulator, SPM). SPM dynamicznie moduluje fazę padającego światła poprzez generowanie zmiennych w czasie modów poprzecznych (ang. Transverse electromagnetic modes, TEMs). Jest to osiągane poprzez zastosowanie aktywnych modulatorów lub długich światłowodów wielomodowych. Powstałe w ten sposób sygnały są przetwarzane i uśredniane w celu uzyskania wolnych od szumów obrazów objętościowych próbki. Modulacja fazy działa tutaj jako dodatkowy mechanizm bramkowania optycznego, który izoluje użytecznych sygnał. W rezultacie otrzymujemy ulepszone obrazy próbki.

Jednakże obrazy en face (projekcje XY) są zniekształcone przez aberracje wywołane przez oko lub próbkę. Zwalczamy je w post-processingu za pomocą obliczeniowej korekcji aberracji (ang. Computational Aberration Correction, CAC). Algorytm CAC przebiega w sposób przedstawiony na rysunku. W szczególności, iteracyjnie (w komputerze) korygujemy fazę widma przestrzennego w celu optymalizacji metryki ostrości/jakości obrazu.  Aby uzyskać obrazy siatkówki w szerokim polu widzenia, wykonujemy pomiary w różnych miejscach, a następnie łączymy ze sobą wynikowe wolumeny, aby wyrenderować wysokiej rozdzielczości obrazy siatkówki na różnych głębokościach (wskazanych wcześniej). W szczególności, renderujemy naczyniówkę (choroid), co było niemożliwe w przypadku konwencjonalnego FF-OCT z domeną Fouriera (bez modulacji fazy).

Tekst: dr Dawid Borycki, e-mail: dborycki@ichf.edu.pl.

Zespół:

Egidijus Auksorius

Dawid Borycki

Piotr Węgrzyn

Kamil Liżewski

Sławomir Tomczewski

Maciej Wojtkowski

Referencje:

1. Borycki, D. et al., Control of the optical field coherence by spatiotemporal light modulation, Opt. Lett., 2013 38(22): p. 4817-4820.
2. Borycki, D., et al., Spatiotemporal optical coherence (STOC) manipulation suppresses coherent cross-talk in full-field swept-source optical coherence tomography. Biomed Opt Express, 2019. 10(4): p. 2032-2054.
3. Stremplewski, P., et al., In vivo volumetric imaging by crosstalk-free full-field OCT. Optica, 2019. 6(5): p. 608-617.
4. Auksorius, E., et al., Crosstalk-free volumetric in vivo imaging of a human retina with Fourier-domain full-field optical coherence tomography. Biomed Opt Express, 2019. 10(12): p. 6390-6407.
5. Auksorius, E., et al., In vivo imaging of the human cornea with high-speed and high-resolution Fourier-domain full-field optical coherence tomography. Biomed Opt Express, 2020. 11(5): p. 2849-2865.
6. Borycki, D., et al., Computational aberration correction in spatiotemporal optical coherence (STOC) imaging. Opt Lett, 2020. 45(6): p. 1293-1296.
7. Egidijus Auksorius, Dawid Borycki, Maciej Wojtkowski, Multimode fiber enables control of spatial coherence in Fourier-domain full-field optical coherence tomography for in vivo corneal imaging, Opt Lett, 2021. 46(6): p. 1413-1416.
8. Auksorius E., et al., Spatio-Temporal Optical Coherence Tomography provides advanced imaging of the human retina and choroid, arXiv preprint arXiv:2107.10672 (2021).
9. Auksorius E., Fourier-domain full-field optical coherence tomography with real-time axial imaging, Opt Lett, 2021., Vol. 46(18): p. 4478-4481.
10. Auksorius E., et al., Multimode fiber as a tool to reduce cross talk in Fourier-domain full-field optical coherence tomography. Opt Lett, 2022. 47(4): p. 838-841.
11. Tomczewski S., et al., Light-adapted flicker optoretinograms captured with a spatio-temporal optical coherence-tomography (STOC-T) system. Biomed Opt Express, 2022 13(4): p. 2186-2201.
12. Auksorius, E., et al., Spatio-temporal optical coherence tomography provides full thickness imaging of the chorioretinal complex. iScience, 2022 25(12) 105513.

Mikrofluidyczne układy kroplowe pozwalają na manipulowanie małymi objętościami cieczy o dwóch niemieszających się fazach, np. wody i oleju. W efekcie powstaje mały reaktor, w którym można przeprowadzać i obserwować w czasie reakcję chemiczną lub proces biologiczny. Mikrokropelki mogą być mieszane, sortowane, inkubowane i analizowane. Operacje te mogą być wykonywane w specjalnie zaprojektowanych układach mikrofluidycznych, tworząc małe urządzenie typu „lab-on-a-chip”. Dodatkową zaletą, oprócz miniaturyzacji, jest to, że można bardzo szybko wykonać wiele powtórzeń jednego eksperymentu.

Głównym celem naszych badań jest obserwacja zachowania klinicznie istotnych szczepów bakterii, w szczególności, jak reagują one na antybiotyki. Antybiotykooporność (antimicrobial resistance, AMR) jest jednym z najpilniejszych zagrożeń dla zdrowia na świecie. Występuje ona, gdy bakterie, wirusy, grzyby i pasożyty przekształcają się z czasem i nie reagują już na leki. W rezultacie antybiotyki lub inne leki przeciwdrobnoustrojowe stają się nieskuteczne i nie pozwalają leczyć chorób. Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) uznała AMR za jedno z 10 największych zagrożeń dla zdrowia publicznego na świecie.

Monitorowanie zachowania bakterii, tj. ich wzrostu, jest trudnym i czasochłonnym zadaniem, szczególnie gdy musimy śledzić tysiące lub miliony powtórzeń eksperymentów. Metody optyczne w połączeniu z mikrofluidyką pozwalają nam rozwiązać ten problem. Możemy przesuwać krople przed wiązką lasera i analizować światło rozproszone na komórkach bakterii za pomocą specjalnie zaprojektowanych chipów. Intensywność rozproszonego światła jest związana z koncentracją bakterii w kroplach, a my możemy śledzić ją w czasie. Możemy monitorować ponad 1000 kropli na sekundę i analizować je za pomocą dedykowanego oprogramowania. Dodatkowo, możemy również uczynić system bardziej kompaktowym i łatwiejszym w użyciu poprzez zastosowanie optyki światłowodowej.

Natalia Pacocha, Jakub Bogusławski, Michał Horka, Karol Makuch, Kamil Liżewski, Maciej Wojtkowski, and Piotr Garstecki, “High-Throughput Monitoring of Bacterial Cell Density in Nanoliter Droplets: Label-Free Detection of Unmodified Gram-Positive and Gram-Negative Bacteria,” Analytical Chemistry 93(2), 843-850 (2021).

DOI: doi.org/10.1021/acs.analchem.0c03408

Tekst: dr Jakub Bogusławski

jboguslawski@ichf.edu.pl

Multimode fiber enables control of spatial coherence in Fourier-domain full-field optical coherence tomography for in vivo corneal imaging

Egidijus Auksorius, Dawid Borycki, and Maciej Wojtkowski

Abstract

Fourier-domain full-field optical coherence tomography (FD-FF-OCT) has recently emerged as a fast alternative to point-scanning confocal OCT in eye imaging. However, when imaging the cornea with FD-FF-OCT, a spatially coherent laser can focus down on the retina to a spot that exceeds the maximum permissible exposure level. Here we demonstrate that a long multimode fiber with a small core can be used to reduce the spatial coherence of the laser and, thus, enable ultrafast in vivo volumetric imaging of the human cornea without causing risk to the retina.

Link to publication

https://doi.org/10.1364/OL.417178

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

https://doi.org/10.1364/BOE.437981