Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Bản đồ 3D ứng suất bằng phương pháp theo dõi điểm nhiễu ở siêu âm: Xác thực phương pháp và kết quả ban đầu trong việc bơm phồng giác mạc lợn
Tóm tắt
Nghiên cứu này nhằm phát triển và xác thực phương pháp siêu âm tần số cao để đo ứng suất phân bố 3D trong giác mạc trong các trường hợp tăng áp suất nội nhãn. Một thuật toán theo dõi điểm nhiễu dựa trên tương quan chéo 3D đã được thực hiện để tính toán vectơ dịch chuyển 3D và tensor ứng suất tại mỗi điểm theo dõi. Dữ liệu siêu âm tần số vô tuyến mô phỏng từ một cấu trúc tương tự giác mạc ở trạng thái không bị biến dạng và biến dạng với các ứng suất đã biết được sử dụng để đánh giá độ chính xác và tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) của việc ước lượng ứng suất. Một hệ thống siêu âm tần số cao (55 MHz) đã được xây dựng để thu thập dữ liệu quét 3D từ các mắt lợn được bơm phồng từ 15 đến 17 và sau đó là 19 mmHg. Các mô phỏng đã xác nhận độ chính xác ước lượng ứng suất tốt và SNR (ví dụ, các ứng suất trục có độ sai số dưới 4,5% với SNR lớn hơn 16,5 cho các ứng suất từ 0,005 đến 0,05). Dữ liệu thực nghiệm từ các mắt lợn cho thấy sự gia tăng ứng suất kéo, nén và cắt ở phía sau giác mạc trong quá trình bơm phồng, với tỉ lệ thể tích gần bằng một cho thấy sự gần như không nén. Nghiên cứu này đã thiết lập tính khả thi của việc sử dụng theo dõi điểm nhiễu siêu âm tần số cao để đo ứng suất mô 3D và tiềm năng của nó trong việc mô tả sự biến dạng sinh lý ở phía sau mắt.
Từ khóa
#siêu âm tần số cao #theo dõi điểm nhiễu #ứng suất 3D #giác mạc #tăng áp suất nội nhãnTài liệu tham khảo
Burgoyne, C. F., J. C. Downs, A. J. Bellezza, J. K. Suh, and R. T. Hart. The optic nerve head as a biomechanical structure: a new paradigm for understanding the role of IOP-related stress and strain in the pathophysiology of glaucomatous optic nerve head damage. Prog. Retin. Eye Res. 24:39–73, 2005.
Cohn, N. A., S. Y. Emelianov, M. A. Lubinski, and M. O’Donnell. An elasticity microscope. Part I: methods. IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control 44:1304–1319, 1997.
Coudrillier, B., J. Tian, S. Alexander, K. M. Myers, H. A. Quigley, and T. D. Nguyen. Biomechanics of the Human Posterior Sclera: age- and glaucoma-related changes measured using inflation testing. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 53:1714–1728, 2012.
Cruz Perez, B., J. Tang, H. J. Morris, J. R. Palko, X. Pan, R. T. Hart, and J. Liu. Biaxial mechanical testing of posterior sclera using high-resolution ultrasound speckle tracking for strain measurements. J. Biomech. 47:1151–1156, 2014.
Downs, J. C., J. K. F. Suh, K. A. Thomas, A. J. Bellezza, R. T. Hart, and C. F. Burgoyne. Viscoelastic material properties of the peripapillary sclera in normal and early-glaucoma monkey eyes. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 46:540–546, 2005.
Eilaghi, A., J. G. Flanagan, I. Tertinegg, C. A. Simmons, G. Wayne Brodland, and C. Ross Ethier. Biaxial mechanical testing of human sclera. J. Biomech. 43:1696–1701, 2010.
Elsheikh, A., B. Geraghty, D. Alhasso, J. Knappett, M. Campanelli, and P. Rama. Regional variation in the biomechanical properties of the human sclera. Exp. Eye Res. 90:624–633, 2010.
Fazio, M. A., R. Grytz, L. Bruno, M. J. A. Girard, S. Gardiner, C. A. Girkin, and J. C. Downs. Regional variations in mechanical strain in the posterior human sclera. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 53:5326, 2012.
Girard, M. J. A., J. C. Downs, C. F. Burgoyne, and J. K. F. Suh. Experimental surface strain mapping of porcine peripapillary sclera due to elevations of intraocular pressure. J. Biomech. Eng. 130:041017, 2008.
Hollman, K. W., R. M. Shtein, S. Tripathy, and K. Kim. Using an ultrasound elasticity microscope to map three-dimensional strain in a porcine cornea. Ultrasound Med. Biol. 39:1451–1459, 2013.
Jensen, J. A. Field: a program for simulating ultrasound systems. 10th Nordicbaltic Conference on Biomedical Imaging, Vol 4 Suppl. 1 Part 1, pp. 351–353, 1996.
Jensen, J. A., and N. B. Svendsen. Calculation of pressure fields from arbitrarily shaped, apodized, and excited ultrasound transducers. IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control 39:262–267, 1992.
Kallel, F., and J. Ophir. A least-squares strain estimator for elastography. Ultrason. Imaging 19:195–208, 1997.
Kennedy, B. F., X. Liang, S. G. Adie, D. K. Gerstmann, B. C. Quirk, S. A. Boppart, and D. D. Sampson. In vivo three-dimensional optical coherence elastography. Opt. Express 19:6623, 2011.
Larsson, M., F. Kremer, B. Heyde, L. A. Brodin, and J. D’Hooge. Ultrasound-based Speckle Tracking for 3D Strain estimation of the Arterial wall: an experimental validation study in a tissue mimicking phantom. IEEE International Ultrasonics Symposium. IUS 2011, pp. 725–728, 2011.
Liu, L., and E. F. Morgan. Accuracy and precision of digital volume correlation in quantifying displacements and strains in trabecular bone. J. Biomech. 40:3516–3520, 2007.
Lopata, R. G., H. H. Hansen, M. M. Nillesen, J. M. Thijssen, and C. L. De Korte. Comparison of one-dimensional and two-dimensional least-squares strain estimators for phased array displacement data. Ultrason. Imaging 31:1–16, 2009.
Lopata, R. G. P. 2D and 3D Ultrasound Strain Imaging: Methods and In Vivo Applications. PhD dissertation, Radboud University Nijmegen, 2010.
Morris, H. J., J. Tang, B. Cruz Perez, X. Pan, R. T. Hart, P. A. Weber, and J. Liu. Correlation between biomechanical responses of posterior sclera and IOP elevations during micro intraocular volume change. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 54:7215–7222, 2013.
Norman, R. E., J. G. Flanagan, I. A. Sigal, S. M. Rausch, I. Tertinegg, and C. R. Ethier. Finite element modeling of the human sclera: influence on optic nerve head biomechanics and connections with glaucoma. Exp. Eye Res. 93:4–12, 2011.
Palko, J. R., X. Pan, and J. Liu. Dynamic testing of regional viscoelastic behavior of canine sclera. Exp. Eye Res. 93:825–832, 2011.
Palko, J. R., J. Tang, B. Cruz Perez, X. Pan, and J. Liu. Spatially heterogeneous corneal mechanical responses before and after riboflavin-ultraviolet-A crosslinking. J. Cataract. Refract. Surg. 40:1021–1031, 2014.
Park, H. Y., K. I. Lee, K. Lee, H. Y. Shin, and C. K. Park. Torsion of the optic nerve head is a prominent feature of normal-tension glaucoma. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 56:156–163, 2015.
Pijanka, J. K., B. Coudrillier, K. Ziegler, T. Sorensen, K. M. Meek, T. D. Nguyen, H. A. Quigley, and C. Boote. Quantitative mapping of collagen fiber orientation in non-glaucoma and glaucoma posterior human sclerae. Investig. Opthalmol. Vis. Sci. 53:5258, 2012.
Quigley, H. A. Open-angle glaucoma. N. Engl. J. Med. 328:1097–1106, 1993.
Schultz, D. S., J. C. Lotz, S. M. Lee, M. L. Trinidad, and J. M. Stewart. Structural factors that mediate scleral stiffness. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 49:4232–4236, 2008.
Sigal, I. A., J. G. Flanagan, and C. R. Ethier. Factors influencing optic nerve head biomechanics. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 46:4189–4199, 2005.
Skovoroda, A. R., S. Y. Emelianov, M. A. Lubinski, A. P. Sarvazyan, and M. O’Donnell. Theoretical analysis and verification of ultrasound displacement and strain imaging. IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control 41:302–313, 1994.
Srinivasan, S., R. Righetti, and J. Ophir. Trade-offs between the axial resolution and the signal-to-noise ratio in elastography. Ultrasound Med. Biol. 29:847–866, 2003.
Tang, J., and J. Liu. Ultrasonic measurement of scleral cross-sectional strains during elevations of intraocular pressure: method validation and initial results in posterior porcine sclera. J. Biomech. Eng. 134:091007, 2012.
Varghese, T., and J. Ophir. A theoretical framework for performance characterization of elastography: the strain filter. IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control 44:164–172, 1997.
Vurgese, S., S. Panda-Jonas, and J. B. Jonas. Scleral thickness in human eyes. PLoS ONE 7:e29692, 2012.
Yoo, L., H. Kim, V. Gupta, and J. L. Demer. Quasilinear viscoelastic behavior of bovine extraocular muscle tissue. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 50:3721–3728, 2009.