PURPOSE To quantitatively investigate both optic nerve head (ONH) and peripapillary sclera (PPS) biomechanical properties of porcine eyes through an ultrasonic elastography imaging system in response to both increasing and decreasing intraocular pressure (IOP). METHODS The Young's modulus of the ONH and PPS were assessed using our high resolution ultrasonic imaging system which utilized a mechanical shaker to induce shear waves and an off-axis aligned 40 MHz needle transducer to track micron-level displacement along the direction of wave propagation. In this study, imaging on a total of 8 ex vivo porcine eyes preloaded with IOPs from 6 mmHg to 30 mmHg was performed. To have a better understanding of the effect of varying IOP on biomechanics, both increasing and decreasing IOPs were investigated. RESULTS The increase of the Young's modulus of ONH (92.4 ± 13.9 kPa at 6 mmHg to 224.7 ± 71.1 kPa at 30 mmHg) and PPS (176.8 ± 14.3 kPa at 6 mmHg to 573.5 ± 64.4 kPa at 30 mmHg) following IOP elevation could be observed in the reconstructed Young's modulus of the shear wave elasticity (SWE) imaging while the B-mode structural images remained almost unchanged. In addition, for the same IOP level, both ONH and PPS have a tendency to be stiffer with decreasing IOP as compared to increasing IOP. CONCLUSIONS Our results demonstrate the feasibility of using our ultrasonic elastography system to investigate the stiffness mapping of posterior eye with high resolution in both increasing and decreasing IOPs, making this technique potentially useful for glaucoma.

中文翻译：

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超声弹性成像评估眼睛视神经头和视乳头周围巩膜的生物力学特性

目的 通过超声弹性成像系统定量研究猪眼视神经乳头 (ONH) 和视乳头周围巩膜 (PPS) 的生物力学特性，以响应眼内压 (IOP) 的升高和降低。方法 使用我们的高分辨率超声成像系统评估 ONH 和 PPS 的杨氏模量，该系统利用机械振动器诱导剪切波和离轴对齐的 40 MHz 针式传感器来跟踪沿波传播方向的微米级位移。在这项研究中，对总共 8 只预装 IOP 从 6 mmHg 到 30 mmHg 的离体猪眼进行了成像。为了更好地了解不同眼压对生物力学的影响，研究了增加和降低眼压。结果 年轻人的增加' s 眼压升高后的 ONH 模量（6 mmHg 时为 92.4 ± 13.9 kPa 至 30 mmHg 时为 224.7 ± 71.1 kPa）和 PPS（6 mmHg 时为 176.8 ± 14.3 kPa 至 30 mmHg 时为 573.5 ± 64.4 kPa）可以在重建的 Young's 中观察到剪切波弹性 (SWE) 成像的模量，而 B 模式结构图像几乎保持不变。此外，对于相同的眼压水平，与提高眼压相比，ONH 和 PPS 都倾向于随着眼压的降低而变硬。结论 我们的结果证明了使用我们的超声弹性成像系统在增加和减少 IOP 时以高分辨率研究后眼刚度映射的可行性，这使得该技术可能对青光眼有用。在重建的剪切波弹性 (SWE) 成像的杨氏模量中可以观察到眼压升高后 30 mmHg 下的 4 kPa，而 B 模式结构图像几乎保持不变。此外，对于相同的眼压水平，与提高眼压相比，ONH 和 PPS 都倾向于随着眼压的降低而变硬。结论 我们的结果证明了使用我们的超声弹性成像系统在增加和减少 IOP 时以高分辨率研究后眼刚度映射的可行性，这使得该技术可能对青光眼有用。在重建的剪切波弹性 (SWE) 成像的杨氏模量中可以观察到眼压升高后 30 mmHg 下的 4 kPa，而 B 模式结构图像几乎保持不变。此外，对于相同的眼压水平，与提高眼压相比，ONH 和 PPS 都倾向于随着眼压的降低而变硬。结论 我们的结果证明了使用我们的超声弹性成像系统在增加和减少 IOP 时以高分辨率研究后眼刚度映射的可行性，这使得该技术可能对青光眼有用。与增加 IOP 相比，ONH 和 PPS 都倾向于随着 IOP 的降低而变硬。结论 我们的结果证明了使用我们的超声弹性成像系统在增加和减少 IOP 时以高分辨率研究后眼刚度映射的可行性，这使得该技术可能对青光眼有用。与增加 IOP 相比，ONH 和 PPS 都倾向于随着 IOP 的降低而变硬。结论 我们的结果证明了使用我们的超声弹性成像系统在增加和减少 IOP 时以高分辨率研究后眼刚度映射的可行性，这使得该技术可能对青光眼有用。