Highspeed, motion-stabilized, handheld OCTA for pediatric imaging

用于儿科成像的高速、运动稳定、手持式 OCTA

基本信息

  • 批准号:
    10042752
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 19.58万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-08-01 至 2022-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

In pre-term infants the development of the retina and retinal vasculature is incomplete at birth and progresses rapidly during the infant’s first few months of life. Many pediatric retinal diseases, including retinopathy of prematurity (ROP), have a vascular etiology and are caused by mal-development of retinal vasculature during this period of rapid growth. Preterm infants at risk for ROP make up 1.4% of the newborn population. Optical coherence tomography (OCT) is a non-invasive imaging modality that can provide micron scale imaging of tissue in vivo. This characteristic has made OCT the gold standard for diagnosis and monitoring of diseases in adult ophthalmology. More recently the development of OCT angiography (OCTA) has led to new insights into diseases such as diabetic retinopathy. However, the OCTA systems used in these studies are large tabletop systems that cannot be readily used to image infants in the neonatal intensive care unit (NICU). In order to bring OCT into the NICU, over the last decade our Duke team has become world leaders in the development and use of handheld optical coherence tomography (HH-OCT) systems. We pioneered the use of HH-OCT in the NICU. Our experience with the use and design of HH-OCT systems have pointed out a glaring need in pediatric ophthalmology. While OCT technology in commercial tabletop systems has progressed rapidly to include new highspeed OCT technologies capable of OCTA, commercial HH-OCT systems still use slower, decade old OCT 32 kHz spectral domain OCT engines. Under previous NIH funding (RO1 EY025009) we have leveraged our expertise in the development of handheld ophthalmic imaging systems to develop a prototype handheld OCT angiography (HH-OCTA) probe based on a 200 kHz OCT engine that has provided initial OCTA images of retinal vascular development and pathology in awake, pre-term infants in the NICU. This Research Project Grant proposal aims to bring together a team of optical engineers and pediatric ophthalmologists with expertise in the design and translation of HH-OCT systems for the purpose of developing significant improvements to the HH-OCTA hardware descried by the following specific aims: Specific aim 1: Development of a high speed, handheld OCTA system with 6-axis motion stabilization: For this proposal we will develop a motion stabilized HH-OCTA system that uses and 800 kHz engine and feedback from an inertial measurement unit to provide 6 axis active compensation of operator hand motion. Specific aim 2: Development of single modality (OCT) retinal tracking and eye motion correction: We will develop new scanning protocols and software that will enable real time detection, removal, and re-scanning of motion artifacts in without the need for scanning laser ophthalmoscope or other similar imaging modality. The expected outcome of this proposal is the design of a highspeed, motion stabilized HH-OCTA system capable of wide field, motion corrected imaging. Given the vascular nature of many pediatric retinal diseases we expect that these images will lead to new insights into the development of the retina in both diseased and normal states.
早产儿的视网膜和视网膜脉管系统的发育在出生时并不完整,并且会不断发展 许多儿科视网膜疾病,包括视网膜病变,在婴儿出生后的最初几个月内迅速发生。 早产(ROP),具有血管病因,是由视网膜脉管系统发育不良引起的 在这个快速增长的时期,有ROP风险的早产儿占新生儿人口的1.4%。 相干断层扫描(OCT)是一种非侵入性成像方式,可以提供微米级的组织成像 这一特性使 OCT 成为成人疾病诊断和监测的金标准。 最近,OCT 血管造影 (OCTA) 的发展使人们对眼科有了新的认识。 然而,这些研究中使用的 OCTA 系统是大型桌面系统。 无法轻松用于对新生儿重症监护病房 (NICU) 中的婴儿进行成像的系统。 为了将 OCT 引入 NICU,在过去的十年里,我们的杜克大学团队已成为该领域的世界领导者。 手持式光学相干断层扫描(HH-OCT)系统的开发和使用我们率先使用。 NICU 中的 HH-OCT 我们在 HH-OCT 系统的使用和设计方面的经验指出了一个明显的问题。 商业桌面系统中的 OCT 技术发展迅速。 为了包括能够进行 OCTA 的新型高速 OCT 技术,商业 HH-OCT 系统仍然使用较慢的速度, 在之前的 NIH 资助 (RO1 EY025009) 下,我们拥有十年前的 OCT 32 kHz 谱域 OCT 引擎。 利用我们在手持式眼科成像系统开发方面的专业知识来开发原型 基于 200 kHz OCT 引擎的手持式 OCT 血管造影 (HH-OCTA) 探头,已提供初始 OCTA 本研究显示新生儿重症监护病房 (NICU) 清醒早产儿的视网膜血管发育和病理学图像。 项目拨款提案旨在将光学工程师和儿科眼科医生团队聚集在一起 HH-OCT 系统设计和翻译方面的专业知识,旨在开发重要的 通过以下具体目标描述的 HH-OCTA 硬件改进: 具体目标 1:开发 具有 6 轴运动稳定功能的高速手持式 OCTA 系统:对于此提案,我们将开发 运动稳定 HH-OCTA 系统,使用 800 kHz 引擎和惯性测量反馈 单元提供操作员手部运动的 6 轴主动补偿。具体目标 2:开发单机。 模态(OCT)视网膜跟踪和眼动校正:我们将开发新的扫描协议和 软件将能够实时检测、去除和重新扫描运动伪影,而无需 该提案的预期结果是扫描激光检眼镜或其他类似的成像方式。 高速、运动稳定的 HH-OCTA 系统的设计,能够进行宽视场、运动校正成像。 鉴于许多儿科视网膜疾病的血管性质,我们预计这些图像将带来新的见解 影响视网膜在患病和正常状态下的发育。

项目成果

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