Published October 25, 2019
| Version v1
Publication
Open
Reverberant 3D optical coherence elastography maps the elasticity of individual corneal layers
Creators
- 1. University of Rochester
- 2. Suranaree University of Technology
Description
Abstract The elasticity mapping of individual layers in the cornea using non-destructive elastography techniques advances diagnosis and monitoring of ocular diseases and treatments in ophthalmology. However, transient Lamb waves, currently used in most dynamic optical coherence and ultrasound elastography techniques, diminish the translation of wave speed into shear/Young's modulus. Here, we present reverberant 3D optical coherence elastography (Rev3D-OCE), a novel approach leveraging the physical properties of diffuse fields in detecting elasticity gradients not only in the lateral direction, but also along the depth axis of the cornea. A Monte Carlo analysis, finite element simulations, and experiments in layered phantoms are conducted to validate the technique and to characterize the axial elastography resolution. Experiments in ex vivo porcine cornea at different intraocular pressures reveal that Rev3D-OCE enables the elastic characterization of single layers that matches the anatomical description of corneal layers with unprecedented contrast in the dynamic OCE field.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
إن رسم خرائط المرونة للطبقات الفردية في القرنية باستخدام تقنيات التصوير المرن غير المدمرة يعزز تشخيص ومراقبة أمراض العين والعلاجات في طب العيون. ومع ذلك، فإن موجات الحمل العابرة، المستخدمة حاليًا في معظم تقنيات التماسك البصري الديناميكي والتصوير المرن بالموجات فوق الصوتية، تقلل من ترجمة سرعة الموجة إلى معامل القص/يونغ. هنا، نقدم التصوير المرن للتماسك البصري ثلاثي الأبعاد (Rev3D - OCE)، وهو نهج جديد يستفيد من الخصائص الفيزيائية للحقول المنتشرة في الكشف عن تدرجات المرونة ليس فقط في الاتجاه الجانبي، ولكن أيضًا على طول محور عمق القرنية. يتم إجراء تحليل مونت كارلو، ومحاكاة العناصر المحدودة، والتجارب في الأشباح الطبقية للتحقق من صحة التقنية وتوصيف دقة التصوير المرن المحوري. تكشف التجارب في قرنية الخنزير خارج الجسم الحي عند ضغوط مختلفة داخل العين أن Rev3D - OCE تمكن من التوصيف المرن للطبقات المفردة التي تتطابق مع الوصف التشريحي لطبقات القرنية مع تباين غير مسبوق في مجال OCE الديناميكي.Translated Description (French)
Résumé La cartographie de l'élasticité des couches individuelles de la cornée à l'aide de techniques d'élastographie non destructive fait progresser le diagnostic et le suivi des maladies oculaires et des traitements en ophtalmologie. Cependant, les ondes de Lamb transitoires, actuellement utilisées dans la plupart des techniques de cohérence optique dynamique et d'élastographie ultrasonore, diminuent la traduction de la vitesse des ondes en module de cisaillement/Young. Nous présentons ici l'élastographie réverbérante à cohérence optique 3D (Rev3D-OCE), une nouvelle approche exploitant les propriétés physiques des champs diffus pour détecter les gradients d'élasticité non seulement dans la direction latérale, mais également le long de l'axe de profondeur de la cornée. Une analyse Monte Carlo, des simulations par éléments finis et des expériences sur des fantômes en couches sont menées pour valider la technique et caractériser la résolution de l'élastographie axiale. Des expériences dans la cornée porcine ex vivo à différentes pressions intraoculaires révèlent que Rev3D-OCE permet la caractérisation élastique de couches uniques qui correspond à la description anatomique des couches cornéennes avec un contraste sans précédent dans le champ dynamique des OCE.Translated Description (Spanish)
Resumen El mapeo de elasticidad de capas individuales en la córnea mediante técnicas de elastografía no destructiva avanza en el diagnóstico y seguimiento de enfermedades oculares y tratamientos en oftalmología. Sin embargo, las ondas Lamb transitorias, actualmente utilizadas en la mayoría de las técnicas de coherencia óptica dinámica y elastografía por ultrasonido, disminuyen la traducción de la velocidad de la onda en módulo de cizallamiento/Young. Aquí, presentamos la elastografía de coherencia óptica 3D reverberante (Rev3D-OCE), un enfoque novedoso que aprovecha las propiedades físicas de los campos difusos para detectar gradientes de elasticidad no solo en la dirección lateral, sino también a lo largo del eje de profundidad de la córnea. Se realiza un análisis de Monte Carlo, simulaciones de elementos finitos y experimentos en fantasmas en capas para validar la técnica y caracterizar la resolución de la elastografía axial. Los experimentos en córnea porcina ex vivo a diferentes presiones intraoculares revelan que Rev3D-OCE permite la caracterización elástica de capas individuales que coincide con la descripción anatómica de las capas corneales con un contraste sin precedentes en el campo dinámico de OCE.Files
s41467-019-12803-4.pdf.pdf
Files
(3.2 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:ba742e382c7f5439d55a8b7f82b39058
|
3.2 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تخطيط مرونة التماسك البصري ثلاثي الأبعاد يرسم مرونة طبقات القرنية الفردية
- Translated title (French)
- L'élastographie de cohérence optique 3D réverbérante cartographie l'élasticité des couches cornéennes individuelles
- Translated title (Spanish)
- La elastografía de coherencia óptica 3D reverberante mapea la elasticidad de las capas corneales individuales
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2981758685
- DOI
- 10.1038/s41467-019-12803-4
References
- https://openalex.org/W132470377
- https://openalex.org/W1968681683
- https://openalex.org/W1969408393
- https://openalex.org/W1974420926
- https://openalex.org/W1974915238
- https://openalex.org/W1979833800
- https://openalex.org/W1980161674
- https://openalex.org/W1986276087
- https://openalex.org/W1987196086
- https://openalex.org/W1995927480
- https://openalex.org/W1996144177
- https://openalex.org/W1996261121
- https://openalex.org/W2000329146
- https://openalex.org/W2007813323
- https://openalex.org/W2015592278
- https://openalex.org/W2017589027
- https://openalex.org/W2022561403
- https://openalex.org/W2023634413
- https://openalex.org/W2024344834
- https://openalex.org/W2044589646
- https://openalex.org/W2050338031
- https://openalex.org/W2064661550
- https://openalex.org/W2066745777
- https://openalex.org/W2090602810
- https://openalex.org/W2102640190
- https://openalex.org/W2106745270
- https://openalex.org/W2136121629
- https://openalex.org/W2136627078
- https://openalex.org/W2145588311
- https://openalex.org/W2150023663
- https://openalex.org/W2161422731
- https://openalex.org/W2164865435
- https://openalex.org/W2169458923
- https://openalex.org/W2169610253
- https://openalex.org/W2170365711
- https://openalex.org/W2274397604
- https://openalex.org/W2298522312
- https://openalex.org/W2317138445
- https://openalex.org/W2318883843
- https://openalex.org/W2321623913
- https://openalex.org/W2328481950
- https://openalex.org/W2334027992
- https://openalex.org/W2519106087
- https://openalex.org/W2548378639
- https://openalex.org/W2557360601
- https://openalex.org/W2565159916
- https://openalex.org/W2567462484
- https://openalex.org/W2579525678
- https://openalex.org/W2608845602
- https://openalex.org/W2760385284
- https://openalex.org/W2781380866
- https://openalex.org/W2795245642
- https://openalex.org/W2803252839
- https://openalex.org/W2947023205
- https://openalex.org/W3102446560
- https://openalex.org/W380661051