OCT-undersøgelser uden støj:En ny metode til bedre påvisning af øjensygdomme

På verdensplan lider så mange som 285 millioner mennesker af alvorlige øjensygdomme eller blindhed. Desværre har de fleste af dem ikke adgang til moderne behandlingsmetoder, så hjælpen kommer ofte for sent. Denne situation kan ændre sig med fremkomsten af ​​en meget væsentlig forbedring af et diagnostisk værktøj, der har været brugt i tre årtier til at påvise okulær patologi - Optical Coherence Tomography (OCT).

OCT er en af ​​de mest basale og nøjagtige test, der bruges til diagnosticering af øjensygdomme. Det giver mulighed for en detaljeret visning af individuelle øjenstrukturer og muliggør dermed påvisning af makulære sygdomme, diabetiske forandringer i nethinden, glaukom, øjentumorer og mange andre lidelser. Desværre er OCT-metoden mangelfuld, fordi naturligt forekommende støj under øjenundersøgelsen reducerer nøjagtigheden af ​​billeddannelsen. Et team af forskere ved International Center for Translational Eye Research (ICTER) satte sig for at rette op på dette problem og revolutionerede OCT-metoden ved at introducere spatio-temporal OCT Tomography (STOC-T).

Forskningen blev udført af Dr. Edgidijus Auksorius, Dr. David Borycki, Piotr Węgrzyn og Prof. Maciej Wojtkowski fra ICTER, og resultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet Optics Letters i en rapport med titlen "Multimode fiber som et værktøj til at reducere krydstale i Fourier-domæne fuldfelt optisk kohærens tomografi".

Hvordan fungerer OLT-eksamenen?

På grund af sin høje opløsning er OCT-metoden en af ​​de hyppigst anvendte oftalmologiske undersøgelser. Det er fuldstændig smertefrit og sikkert - der er ingen medicinske kontraindikationer for dets brug (undersøgelsen kan udføres selv med gravide kvinder). OCT fungerer bedst til diagnosticering af øjensygdomme såsom progressiv glaukom, diabetisk retinopati eller aldersrelateret makuladegeneration (AMD), som er de mest almindelige årsager til centralt synstab hos ældre mennesker. For eksempel i de tidlige stadier af AMD er enkelte aflejringer eller klynger af pigment og subtile atrofiske ændringer synlige på fundus via OCT; med udviklingen af ​​diabetes observeres ændringer i nethindens mikrovaskulære struktur på OCT-billeder. Selve OCT-eksamenen tager et par minutter. Patienten sidder foran et særligt apparat og skal fokusere på et punkt angivet af lægen, hvilket begrænser blinken. Målehovedet er sat 2-3 cm fra øjeæblet, så der er ingen mulighed for, at det har kontakt med patientens øje. I de fleste tilfælde kræver OCT-undersøgelse ingen særlig forberedelse - patienten kan komme alene i bil. Fortolkningen af ​​resultaterne er dog kompliceret, så den bør udføres af en erfaren øjenlæge.

OCTs biofysik

At forstå det fysiske grundlag for OCT-undersøgelse er ikke let. Denne teknik svarer til at udføre en ikke-invasiv "optisk biopsi" i realtid for at visualisere vævets mikrostruktur og diagnosticere mulige patologiske ændringer. I optisk tomografi opnås alle data om objektets struktur på basis af intensiteten af ​​interferenssignalet (dannet ved overlejring af to laserstråler). OCT optisk tomografi, der nu bruges på oftalmologiske kontorer rundt om i verden, drager fordel af en interessant egenskab ved lys kaldet kohærens, i dimensionerne af tid og/eller rum. Klassisk OCT bruger delvist kohærente lyskilder (temporalt, men ikke rumligt kohærent) - detektoren måler forskellen i optiske veje mellem spejlet i interferometeret og på hinanden følgende lag af prøveobjektet (øjet).

Inde i interferometeret er en speciel plade, der deler strålerne i to dele og registrerer interferensen af ​​strålen, der reflekteres fra vævsstrukturerne og den indfaldende stråle. Ved at kende forskellene mellem de optiske veje kan positionen af ​​de analyserede øjenstrukturer bestemmes. Dataene behandles af en computer og præsenteres derefter i form af todimensionelle tværsnitsbilleder (tomogrammer). Væv er multi-komponent strukturer, som spreder lys på forskellige måder. Afhængigt af graden af ​​refleksion eller absorption præsenteres et gråtone- eller farvebillede. Objekter med den højeste reflektans ses i rødt eller hvidt, og dem med det svageste signal fremstår som mørke farver eller mørkegrå. Væv med mellemliggende reflektansværdier er til stede i gul-grøn eller grå nuancer. OCT bruger lavkohærens interferometri, hvor interferens opstår på mikrometerniveau (ved brug af superluminescerende dioder eller kortpulslasere). Der anvendes normalt infrarøde strålingskilder. Ikke-kohærente lyskilder (f.eks. halogen-, LED- eller glødelamper) kan ikke bruges til klassisk OCT-undersøgelse. Et team af forskere fra ICTER var de første i verden til at kombinere egenskaberne ved lyskohærens i både tid og rum, hvilket muliggør mere nøjagtige diagnostiske billeder af øjet.

Hvordan kan OLT forbedres?

Spatio-Temporal Optical Coherence Tomography (STOC-T) er et særligt effektivt værktøj til billeddannelse af øjet på grund af dets hastighed og evne til at opnå stabil faseinformation over hele synsfeltet (i modsætning til fokuseret strålescanning). Indtil nu har hovedproblemet ved at bruge OCT-metoden været støj (kaldet speckle), som har gjort det vanskeligt nøjagtigt at visualisere årehinden, en vital del af øjet, der leverer ilt og næringsstoffer til fotoreceptorer, og som følgelig er involveret i patogenesen af ​​mange sygdomme. ICTER-forskere fandt ud af, at brug af en multimode optisk fiber af den passende længde forbedrer billeddannelsen af ​​øjet.

Multimode optisk fiber udsender flere hundrede unikke rumlige mønstre (såkaldte tværgående elektromagnetiske tilstande (TEM)) ved sin ende i strålens tværsnit. Indtil nu er sådanne enheder blevet brugt gentagne gange til at transmittere data, men ingen overvejede det faktum, at hvert af de rumlige mønstre kommer ud af de flere hundrede meter af en sådan optisk fiber på forskellige tidspunkter. Denne tidsafhængighed resulterer i, at flere hundrede OCT-billeder bliver optaget under en enkelt måling; når det lægges sammen, reducerer det sammensatte mønster uønskede effekter som f.eks. støj på en fuldstændig passiv måde. Ved at anvende denne idé til OCT har et team af forskere ved ICTER udviklet en ny måde at kontrollere den optiske fase af STOC-T for at opnå billeder i høj opløsning af nethinden og hornhinden in vivo. Denne metode gør det nu muligt at få meget bedre tværsnitsbilleder fra det koroidale lag under nethinden, hvilket tidligere ikke var muligt.

OCT er en af ​​de rutinemæssige oftalmiske undersøgelser, der anvendes over hele verden. Takket være forbedringerne fra ICTER-teamet vil den avancerede STOC-T-teknik muliggøre identifikation af ændringer i øjet på cellulært niveau, hvilket vil udmønte sig i bedre diagnoser og forståelse af debut og progression af forskellige blændende sygdomme. + Udforsk yderligere

In vivo billeddannelse af den menneskelige hornhinde ved høj hastighed og høj opløsning