Technikę, która pozwala na oglądanie siatkówki i naczyniówki z dużą rozdzielczością na dowolnych głębokościach opracowali naukowcy z Międzynarodowego Centrum Badań Oka (ICTER).
Współczesne obrazowanie tkanek oka bez tomografii OCT byłoby niemożliwe. Ta jedna z najpopularniejszych i najdokładniejszych technik diagnostycznych na świecie umożliwiła pełniejsze zrozumienie mechanizmów wielu chorób i lepszy dobór terapii. Tomografia OCT, choć bezbolesna nieinwazyjna, nie jest jednak techniką idealną. Wyzwaniem nadal pozostaje rozróżnienie ważnych elementów morfologicznych oka. Szum koherentny czy ograniczony zakres osiowy uniemożliwiają obrazowanie z wysoką rozdzielczością, a także pełną penetrację wszystkich warstw siatkówki i naczyniówki.
Naukowcy z Międzynarodowego Centrum Badań Oka (ICTER), działającego przy Instytucie Chemii Fizycznej PAN, znaleźli na to sposób i opracowali przestrzenno-czasową tomografię optyczną (Spatio-Temporal Optical Coherence Tomography, STOC-T). Najnowsze badania zespołu prowadzonego przez prof. Macieja Wojtkowskiego potwierdzają, że dzięki tej metodzie można oglądać siatkówkę i naczyniówkę z dużą rozdzielczością na dowolnych głębokościach w przekroju czołowym. Nikomu na świecie do tej pory to się nie udało.
Strukturę naczyniówki można podzielić na cztery warstwy: warstwę Hallera (najbardziej zewnętrzna, składająca się z naczyń krwionośnych o większej średnicy); warstwę Sattlera (warstwa naczyń krwionośnych o średniej średnicy); choriokapilar (warstwa naczyń włosowatych) i błonę Brucha (najgłębsza warstwa naczyniówki). Choriokapilary (CC), nabłonek barwnikowy siatkówki (RPE) i komórki fotoreceptorowe tworzą jednolity kompleks metaboliczny, który jest kluczowy w monitorowaniu dysfunkcji siatkówki, w tym zwyrodnienia plamki żółtej związanego z wiekiem (AMD), retinopatii cukrzycowej, zapaleń błony naczyniowej czy innych chorób degeneracyjnych siatkówki.
Naukowcy z ICTER wykazali, że obrazy siatkówki uzyskane przy użyciu STOC-T zachowują jednolitą rozdzielczość ~5 μm we wszystkich trzech wymiarach, na całej grubości około 800 μm. To z kolei pozwala na uzyskanie wysokokontrastowych, wolumetrycznych obrazów choriokapilar ze zredukowanym efektem rozproszenia.
Zastosowaliśmy znane algorytmy przetwarzania danych oraz opracowaliśmy nowe do obsługi i przetwarzania pozyskanych zestawów danych w celu uzyskania wysokokontrastowych danych (objętości) 3D dla siatkówki w dużych polach widzenia. Zastosowana technologia i algorytmy umożliwiły obrazowanie siatkówki i naczyniówki w wysokiej rozdzielczości poprzecznej na różnych głębokościach, uwidaczniając po raz pierwszy zróżnicowanie morfologii w obrębie warstw Sattlera, Hallera i choriokapilar – tłumaczy prof. Maciej Wojtkowski z ICTER.
Tomografia STOC pozwala na obrazowanie wszystkich głównych warstw, a przy tym na uwidocznienie trudnych do zobrazowania warstw w dużym zakresie poprzecznym i osiowym. Obecnie dane te mogą być analizowane jedynie w trybie offline ze względu na niską szybkość transmisji pomiędzy kamerą a komputerem. Do przetworzenia wszystkich ogromnych ilości wygenerowanych danych potrzebna jest znaczna moc obliczeniowa komputera, którą jednak można nieco zmniejszyć wykorzystując algorytmy uczenia maszynowego, takie jak deep learning.
Zastosowanie przestrzenno-czasowej tomografii optycznej do obrazowania siatkówki umożliwia rekonstrukcję morfologii czopków w ludzkim oku. Metoda ta pozwala na uchwycenie siatkówki w ułamku sekundy i zarejestrowanie całej jej głębi w niezwykle wysokiej, niespotykanej dotąd rozdzielczości. W praktyce klinicznej oznacza to, że pacjent nie zdąży nawet mrugnąć, a jego oko będzie już w pełni zobrazowane i to z dokładnością pozwalającą oglądać nawet pojedyncze komórki. Opracowana przez polskich naukowców tomografia STOC może zapoczątkować nową erę w diagnostyce chorób oka.
Międzynarodowe Centrum Badań Oka jest podjednostką Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk. Ośrodek został utworzony w ramach programu Międzynarodowe Agendy Badawcze realizowanego przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej. Strategicznym partnerem zagranicznym ICTER jest Institute of Ophthalmology, University College London, zaś międzynarodowym partnerem naukowym – Uniwersytet Kalifornijski w Irvine (USA). Priorytetem naukowym jest dogłębne zbadanie dynamiki i plastyczności ludzkiego oka w celu opracowania nowych terapii i narzędzi diagnostycznych. Badania prowadzone są na różnych poziomach rozdzielczości: od pojedynczych cząsteczek do całej architektury i funkcji oka.
Marcin Powęska, źródło: IChF PAN