In vivo optical coherence elastography of the cornea: mapping shear and tensile moduli

角膜体内光学相干弹性成像:绘制剪切模量和拉伸模量

基本信息

  • 批准号:
    10344917
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 36.92万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-09-30 至 2025-07-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

ABSTRACT The mechanical stability of the cornea supports visual acuity by maintaining corneal curvature, with important implications for refractive surgery and the management of cornea ectasia. However, clinical options for mechanical characterization are limited, particularly when compared to well-established tools for morphological characterization of the cornea. Several commercial and investigational instruments have highlighted the potential value of corneal biomechanical analysis, but these devices have limited accuracy and cannot fully characterize the anisotropic, nonlinear, and spatially varying elastic stiffness of the cornea. The overarching goal of this project is to develop advanced optical coherence elastography (OCE) for comprehensive characterization of corneal biomechanics. The proposed technology harnesses both extensional and flexural elastic waves guided along the cornea to measure in-plane tensile (Young’s) and shear moduli at mm-scale resolution. The first specific aim is to develop an OCE system using non-contact ultrasound transducers optimized to excite both elastic waves efficiently at high frequencies spanning 4- 10 kHz. The second specific aim is to test this OCE system with healthy subjects and investigate the dependence of tensile and shear moduli on age and intraocular pressure in vivo. The third specific aim is to measure tensile and shear moduli in patients diagnosed with keratoconus and to monitor mechanical changes after corneal crosslinking treatment. The fourth specific aim is to analyze changes in the moduli as a result of different corneal refractive surgeries. Various ex vivo measurements and finite-element modeling studies will also be undertaken in order to interpret the clinical data and relate the measured moduli to the microstructure of the cornea. This project will advance our understanding of corneal biomechanics in relation to various natural, pathological, and interventional processes and may lead to a new clinical tool that can improve the diagnosis and treatment of keratoconus, the safety and visual outcome of refractive surgery, and the accuracy of tonometry.
抽象的 角膜的机械稳定性通过维持角膜曲率来支持视敏度, 对屈光外科手术和角膜尤其管理的重要意义。但是,临床 机械表征的选项受到限制,尤其是与公认的工具相比 用于角膜的形态特征。几种商业和研究工具有 强调了角膜生物力学分析的潜在价值,但是这些设备的精度有限 并且无法完全表征角膜的各向异性,非线性和空间变化的弹性刚度。 该项目的总体目标是开发高级光学相干弹性图(OCE) 角膜生物力学的全面表征。拟议的技术都利用 沿着角膜引导的延伸和弯曲弹性波,以测量平面内拉伸(Young's)和 MM尺度分辨率的剪切模量。第一个具体目的是使用非接触式开发OCE系统 优化的超声传感器在跨越4--的高频上有效地激发了两个弹性波 10 kHz。第二个具体目的是通过健康的受试者测试此OCE系统,并研究 拉伸和剪切模量对体内年龄和眼内压的依赖性。第三个具体目的是 测量被诊断为圆锥角膜的患者的拉伸和剪切模量,并监测机械 角膜交联处理后变化。第四个特定目的是分析模量的变化 由于不同的角膜折射手术。各种离体测量和有限元 还将进行建模研究,以解释临床数据并将所测量 模量与角膜的微观结构。这个项目将提高我们对角膜的理解 与各种自然,病理和介入过程有关的生物力学,可能导致 可以改善圆锥角膜的诊断和治疗的新临床工具,安全性和视觉 屈光手术的结局和隆隆法的准确性。

项目成果

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