umk wfaiisJuż wkrótce dzięki nowej generacji laserowych tomografów optycznych OCT poprawi się możliwość diagnozowania takich chorób oka, jak jaskra czy zaćma. Rozwiązanie stworzyli naukowcy na Wydziale Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej Uniwersytetu im. Mikołaja Kopernika w Toruniu we współpracy z hiszpańskim Uniwersytetem w Murcji.

Badania naukowe związane z nową generacją laserowych tomografów optycznych OCT prowadził na Wydziale Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej UMK w Toruniu zespół dr. hab. Ireneusza Grulkowskiego. Zostały właśnie wyróżnione przez Amerykańskie Towarzystwo Optyczne (Optical Society of America - OSA, jedno z czołowych światowych stowarzyszeń skupiających naukowców, inżynierów i ludzi biznesu w zakresie optyki i fotoniki. Artykuł pt. ‘Swept source optical coherence tomography and tunable lens technology for comprehensive imaging and biometry of the whole eye’ ukazał się w prestiżowym czasopiśmie Optica wydawanym przez OSA oraz wywołał falę publikacji w specjalistycznych mediach na całym świecie.

Jak zajrzeć do wnętrza oka?
dr. hab. Ireneusz Grulkowski: Z punktu widzenia fizyka narząd wzroku to rodzaj biologicznego dynamicznego układu optycznego. Promienie światła trafiają najpierw na rogówkę i ciecz wodnistą chroniącą szczelinę źrenicy. Potem wpada do wnętrza oka przez źrenicę, przechodzi przez soczewkę i przez ciałko szkliste, tworzące większość gałki ocznej. Wreszcie promienie świetlne docierają do tylnej części oka, gdzie obraz obiektu tworzony jest na siatkówce. Zatem zdecydowanie najlepszym pomysłem jest wykorzystanie fal świetlnych i badanie oka poprzez źrenicę. Informacje na temat struktury oka można uzyskać poprzez analizę światła odbitego lub rozproszonego wstecz. Wykorzystanie fal świetlnych jest bezpieczne dla oka, gdy stosujemy się do zalecanych norm mocy światła padającego. Obrazowanie z wykorzystaniem światła jest również bezpieczne, bo nie jest emitowane żadne promieniowanie szkodliwe dla człowieka. W dodatku zapewnia wysoki komfort pacjenta, badanie nie jest inwazyjne, nie trzeba się do niego przygotowywać i można je wykonać w kilka minut. Dlatego technologia tomografów optycznych bardzo szybko przeszła z fazy badań do praktycznego wykorzystania w medycynie. Idea tomografii optycznej zaproponowana przez prof. James Fujimoto z amerykańskiego Massachusetts Institute of Technology (MIT) została szybko wdrożona w praktyce klinicznej.
oko badanie2Dlaczego OCT przyjęły się tak szybko?
dr. hab. Ireneusz Grulkowski: Medycyna szybko zaadaptowała odkrycia związane z OCT, bo choroby związane ze wzrokiem to jedna z największych plag cywilizacyjnych, zwłaszcza w społeczeństwach wysoko rozwiniętych. Takich, gdzie rośnie długość życia. Oko to precyzyjny narząd, który jednak z czasem traci sprawność. Niemal każda część oka ulega zużyciu, co wywołuje częściową lub całkowitą utratę wzroku. Przykładowo, pojawia się zaćma, czyli zmętnienie soczewki. W innych przypadkach występują problemy z nerwem wzrokowym, czyli jaskra. Trzecia najczęstszą chorobą związaną z wiekiem oka to AMD czyli zwyrodnienie plamki żółtej związane z wiekiem. Do tego dochodzą problemy z odklejającą się siatkówką, nowotwory oka itp. W skali Polski takie właśnie choroby oka dotykają ponad 1,5 mln osób. Im szybciej uda się zdiagnozować zmiany chorobowe, tym szybciej zaczniemy je leczyć. Zaoszczędzimy sporo środków związanych z systemem zdrowia, ale i poprawimy jakość życia pacjentów. Zanim upowszechniły się tomografy optyczne okuliści mogli wykorzystywać do diagnostyki urządzenia często bardzo prymitywne lub inwazyjne. Oko można było już wcześniej badać np. wykorzystując metodę ultradźwiękową (USG). To wszystko metody nie tylko bardziej kontaktowe, ale i dające mniej precyzyjny obraz oka. Jest po prostu mniejszej rozdzielczości i nie widać najdrobniejszych zmian patologicznych.

Kiedy stosuje się tak specjalistyczne badania wnętrza oka?
dr. hab. Ireneusz Grulkowski: Pomimo tego, że tomografy OCT są drogimi urządzeniami, są one często wykorzystywane w praktyce klinicznej w diagnostyce chorób oka. Okuliści w pierwszej kolejności nie stosują podobnej diagnostyki, tam wykorzystują znacznie prostsze urządzenia, jak np. lampy szczelinowe. Jednakże aby dokładnie poznać przyczyny problemów z widzeniem u pacjentów, okulista często kieruje na badanie OCT.

Co wyjątkowego jest w wynalezionym przez Państwa tomografię nowej generacji?
dr. hab. Ireneusz Grulkowski: Tomografy optyczne OCT (optical coherence tomography) to instrumenty wykorzystujące światło częściowo spójne działające na zasadzie analogicznej do ultrasonografów. Tomograf wysyła ona fale świetlne określonej długości zbliżone do fal podczerwonych do wnętrza oka, a potem dokonuje pomiaru światła rozproszonego lub odbitego. Na tej podstawie można przetwarzać dane i zwizualizować uzyskany obraz w dwuwymiarowym lub trójwymiarowym modelu komputerowym. Źródła takiego światła może być różne. W OCT najczęściej wykorzystuje się światło o szerokim zakresie widmowym. Obecnie na świecie mamy do czynienia z OCT trzeciej generacji. Wykorzystują one lasery strojone – takie źródła światła, które bardzo zmieniają szybko długość emitowanego światła. Uzyskujemy w ten sposób obrazy bardzo wysokiej rozdzielczości i lekarz bardzo wcześnie jest w stanie zdiagnozować rodzaj i stopień rozwoju choroby,
Mamy jednak spory kłopot techniczny, związany z głowicą, kluczową częścią każdego tomografu. To głowica określa miejsce badania narządu wzroku. Gałka oczna ma zwykle około 25-27 mm. Raz skalibrowana fabrycznie głowica ma jedynie 2-5 milimetrów zasięgu badania. W praktyce oznacza to, że możemy badać jednym urządzeniem albo przód, albo tył oka. Zatem jeśli badanie wymaga zbadania obu części gałki, musimy ustawić obok siebie dwa urządzenia, z których każde warte jest około 200-300 tys. złotych. W praktyce to po prostu dwa badania w innych gabinetach diagnostycznych.
Nasz zespół na Uniwersytecie Mikołaja Kopernika w Toruniu wraz z kolegami z Uniwersytetu w Murcji zaprojektował urządzenie, którego głowica może dostosowywać się do tej części oka, którą chcemy zobaczyć. Wykorzystaliśmy tutaj soczewkę przestrajalną, która może zmienia
swoją długość ogniskową. Dzięki temu możemy ominąć ograniczenia konstrukcyjne i automatycznie zbadać całe oko podczas jednego badania. Oszczędzamy więc połowę kosztów zakupu aparatury diagnostycznej, zyskujemy na czasie i poprawiamy komfort pacjenta.
oko badaniaNa jakim etapie jest w tej chwili Państwa rozwiązanie?
dr. hab. Ireneusz Grulkowski: Opracowaliśmy model teoretyczny, zbudowaliśmy prototyp urządzenia i przeprowadziliśmy testy Efektem tych prac była właśnie publikacja w czasopiśmie Optica wydawanym przez OSA. Teraz pracujemy nad dalszą optymalizacją rozwiązania. Teraz naszym celem jest wykorzystanie naszej wersji OCT do badania ciała szklistego. To galaretowata substancja wypełniająca 80% gałki ocznej. Jej starzenie się związane jest z mętnieniem i zwiększaniem się płynności, co może np. prowadzić do oderwania siatkówki w pewnych miejscach. Nie istnieją obecnie żadne metody diagnostyki ciała szklistego, bo jest bardzo przeźroczyste, rozprasza niewielkie ilości światła. Jesteśmy przekonani, że przy pomocy naszego rozwiązania można stworzyć metodę badania zwyrodnień tej części oka. To byłby nie tylko przełom, ale wręcz rewolucja w okulistyce.