Conference on Recent Advances in Translational Eye Research 2023 (CRATER 2023 to platforma dla wszystkich naukowców, inwestorów i przedsiębiorców, których zainteresowania skupiają się wokół oka. Jest zaproszeniem do spotkania i dyskusji na temat frontów badań, możliwości ich komercjalizacji i badań translacyjnych. Pierwsza edycja CRATER, przygotowana przez członków społeczności ICTER, odbędzie się w Warszawie w dniach 7-8 września 2023 roku w Centrum Nauki Kopernik.
Konferencja będzie przestrzenią do dyskusji pomiędzy specjalistami z różnych dziedzin, których łączy dążenie do lepszego zrozumienia wyzwań związanych z obrazowaniem oka, procesem widzenia oraz powstawaniem chorób oczu. Podczas tego międzynarodowego i interdyscyplinarnego wydarzenia uczestnicy będą dyskutować o frontach badań nad nowymi metodami i narzędziami umożliwiającymi diagnostykę i leczenie chorób oczu, a także o pomysłach na to, jak ułatwić szybkie wdrażanie nowych terapii oczu.
Szczegółowe informacje na temat konferencji, w tym lista zaproszonych prelegentów, dostępne są na stronie internetowej konferencji – crater.icter.pl. Można włączyć się w wydarzenie i zaprezentować wyniki swoich badań – przyjmowanie abstraktów trwa do 8 maja 2023 r.
Rejestracja na konferencję Conference on Recent Advances in Translational Eye Research 2023, która jest organizowana przez ICTER, jest już otwarta – wczesna rejestracja jest dostępna do 30 czerwca 2023 r.
Dr. Anna Ambroziak is an ophthalmologist specializing in eye diseases with 27 years of professional experience and an Assistant professor at the Faculty of Physics, University of Warsaw. Dr. Ambroziak is a member of the Polish Society of Ophthalmology (PTO) and the Society of Polish Ophthalmic Surgeons (SCOP). Dr. Ambroziak is also the Polish representative in the European Contact Society of Ophthalmologists (ECLSO), lecturer at the European Studies in Ophthalmic Optics and Optometry, and editor of the position paper of the Polish Expert Group of the Academy of Ocular Surfaces.
Dr. Ambroziak has more than 200 publications to her credit. She promotes the idea of interdisciplinary cooperation. She adheres to the philosophy of a holistic approach to the patient. Under her leadership, the Ophthalmic World Eye Center in Warsaw (Centrum Okulistyczne Świat Oka) has won the Health Ambassador Award for its expertise, experience and improvement in patients’ quality of life.
Based on the clinical studies conducted by Dr. Ambroziak, a therapeutic lens made of lotrafilcon A was registered by the US FDA. She is the winner of the ECLSO „Kersley Lecture” grand prize and the Medical University of Warsaw Scientific Award.
Dr. Anna M. Ambroziak
We present an interview with Dr. Anna Maria Ambroziak conducted by the Physical Optics and Biophotonics group at ICTER.
In recent years, the development of cooperation between ophthalmology and optometry in Poland has been noted. ICTER brings together specialists from the fields of optics, optometry, engineering, physics, biochemistry, mathematics to create specific tools and solutions that can translate into improved patient care. How do you think the collaboration of those involved in vision science has been changing in Poland over the past decades?
So, to begin with, a little bit of my personal memories, which will shed some light on the history of optometry in Poland. That is, a few words about how Optometry became the foundation of Ophthalmology in the country on the Vistula River.
In ’98, as a member of the Board of Directors of the Contact Lens Section of the Polish Ophthalmological Society, I organize a meeting, and a few months later a contactology symposium. That’s a little over a year after the first year of optometry postgraduates graduate from the K. Marcinkowski Medical University. The following years saw more conferences. Among the guests invited to the symposium were world-renowned optometrists, contactology experts – including Brian Holden, Lyndon Jones, Philip Morgan, Keith Edwards, Dwight Akerman, Brian Tompkins, Eric Papas and myself – a young ophthalmologist ready to change the world. Since the beginning of my career, I have been involved in the education and development of optometrists. I have been working at the University of Warsaw since 2011, for more than 10 years served as deputy editor-in-chief of the medical journal Contactology and Ophthalmic Optics. I took an active part in such events as the introduction of the world’s first silicone hydrogel lens to the Polish market. My love for contactology exploded suddenly and turned into a mature, fulfilling relationship. Scientific research on the effects of prolonged contact lens wear on the ocular surface became the subject of my doctoral dissertation defended with distinction at WUM. On the basis of clinical studies conducted by me, a therapeutic lens made of lotrafilcon A was registered by the US FDA. To paraphrase a classic, it was worth looking at such a map of the world which includes utopia. For me, there was no dilemma, problem or division. The more I know, the more questions I ask and the more joyfully I share knowledge. In this natural environment of broadly understood vision care, we should work together to best serve each other and our patients. There is no room for divisions here, we are one compatible, integral creation and naturally work together. For a wise scientist, the other person is an opportunity for development and cooperation, and if also for competition – it is only for the positive and constructive one. Years of work and creation of this ideal world have allowed us to raise new generations of specialists, these new generations work with each other and learn from each other. The Ophthalmic Center Świat Oka is a scientific and research & science clinic with modern training facilities, where optometry and medical students learn and work under the supervision of specialists, where clinical trials of drugs and technologies are carried out, and papers and publications are produced, including many on rules of procedure and ophthalmic-optometric cooperation. I strongly recommend this model. There is much work ahead of us, but let’s remember that changing the world should always start with ourselves. I have been supporting the development of Optometry in Poland since the beginning, working as an assistant professor at the Faculty of Physics at the University of Warsaw. In the academic environment of Warsaw, I was the first ophthalmologist to start teaching new generations of optometrists – teaching the younger generations at a proper level should be the primary goal for eye care specialists. I execute the plan according to which the Ophthalmologist and the Certified Optometrist work together on one level. This cooperation is not possible without the presence of scientists from the fields of optics, physics or mathematics, biology and chemistry. Education and Science is the future not only for this country, but for the whole world.
What are the most troublesome diagnostic limitations and needs of a modern ophthalmology center? If you could „conjure up” the equipment of your dreams, what would it diagnose (or what other function would it perform) and how?
Our tears are a vast, still tentatively explored, wealth of knowledge about our organisms enabling us the insight into more than just our genomics, and this is one of the directions I dream of.
Our brains are the realm where perception happens and where reality is created, and we can extend it using artificial intelligence; this is another important signpost for female and male wizard scientists.
The power of now shows, at the same time, a great need to monitor the progression and development of myopia. We know more and more about the effectiveness of the available solutions and are oriented towards polytherapies. We know more and more about new optical designs for eyeglasses and contact lenses, and about the long-standing results of meta-analyses of the use and clinical evaluation of these products. We are definitely vocal about the need to measure the axial length of the eyeball, the need to monitor and treat pre-myopia, and the impact of the pupil width on monitoring the development and progression of myopia. The power of now is also the power of creation, so we keep track of what science brings to practice. For example: Transplantation of embryonic human stem cells into the retinal pigment epithelium (RPE) is happening before our eyes – now in the cases of age-related macular degeneration, but soon in myopic maculopathy. The M1 molecule promotes the regeneration of retinal ganglion cell axons which means the potential to restore the activity of target neurons and thus restore visual function in cases of both maculopathy and neuropathy.
Do you think the demand for devices and techniques for visual system diagnostics will grow in the near future? Why?
The eyesight is the most important sense, but it is subject to a series of involutionary processes and the influence of exo- and endogenous factors. The increase in life expectancy has made the estimation numbers in epidemiology unequivocally indicate the imminent scale of the challenge. Returning to the example of myopia, we know that soon half of the world’s general population will be myopic and thus the number of myopia-related complications will increase, including the most serious and severe myopia-related maculopathy, which does not exclude the coincidence of age-related changes. Prevention based on modern, reproducible, minimally invasive and highly specific diagnostics is the basis of ophthalmology. In addition to the pandemic of myopia, often the same patients due to being overweight and obese add to a growing group of patients burdened with diabetes. In this group, the rise of maculopathy is also a critical challenge.
Online doctor consultations are already exploiting algorithm and data analyses today. Diagnostic tests and therapeutic regimens are becoming more precise, new previously unknown solutions and materials are being used. Technologies using virtual reality are already the foundation of our practice in vision therapy.
Artificial intelligence in the daily work of an eye care specialist involves much more than just monitoring fundus changes or the screening programs we are already familiar with nowadays and that are particularly advanced in the prevention of diabetic changes. The pandemic has brought us new challenges, new goals and new experiences.
Dr. Anna M. Ambroziak with a patient.
Are there eye diseases whose pathogenesis we have yet to understand? Do they occur frequently – affect many people?
As I mentioned, the time of SARS-COV-2 is an acceleration of the development of the implementation of technological innovation and artificial intelligence in medicine. For us, this time is also the intersection of the myopia pandemic, diabetic eye syndrome and digital visual fatigue, with numerous challenges ahead.
The foundation of Science and Humanity is to develop and provide open-ended answers.
The pathogenesis of most ophthalmic conditions is based on genetic and environmental risk factors yet a shift in the importance of genotype versus phenotypic expression under the influence of external and internal causes of an individual definitely took place.
If we use the example of intelligence, as my „genetic masters” Prof. Ewa Bartnik and Prof. Wojciech Dragan say, when we analyze the entire population (from a newborn to the oldest person) the level of heritability of intelligence is 50%, and differences in the influence of genes on intelligence depend on the activity of the environment.
Genetic variances and environmental variances are constantly modifying our pathogenetic cocktails. If we analyze the non-modifiable and modifiable substrates, the last decades and years, in addition to the positive aspects such as extending our lifespan , and remember that age is the primary risk factor for diseases of all kinds, risk factors such as climate change, environmental pollution, changing educational and working conditions, food modifications, widespread consumption of excess calories, especially in the form of highly processed, sweetened products are now critical health challenges, also for the organ of the visual system.
Psychology and especially psychosomatics are also of increasing importance.
Visual perception is another area being explored and tamed.
In a world of artificial intelligence, we still lack an integral view, and currently, all technologies absolutely require reason and humility, and human knowledge. Soon, refractive lens and corneal surgery will move toward modifying the cornea and implanting specific lenses that will adapt their optical properties to our visual requirements, varying lighting, different contrast and dynamic visual work distances. We are very privileged that such a huge technological leap has taken place before our eyes. Education, thanks to new tools and especially the use of the metaverse world, will also be decidedly friendlier.
We have shifted the boundaries of senior age and the age of 40-65 is called maturity and we increasingly speak of old age only after the age of 80.
We mature, develop, age, we are subject to involutionary changes and multiple factors from the day we are born and even throughout our fetal life. This applies to all structures of the eye, but especially significantly to the retina and lens, which processes known as presbyopia are associated with. Keep in mind that it is not a disease, but many conditions can accelerate and intensify this process.
The lens of the human eye is an intraocular structure whose main tasks are active participation in accommodation, refracting light and maintaining clarity. A normal lens, outside of fetal life, is devoid of blood vessels and nerves and is completely transparent. The lens of the eye is a unique structure, and its growth is caused by the addition of new cells inside the surrounding capsule. The new fibers become thickened and fuse with those previously formed. Older cells are not discarded or removed, but placed in its center. This is necessary to maintain the metabolic viability of the outer cortex (and thus the entire organ) and to produce the refractive properties necessary to focus images on the retina and reduce spherical aberration. With age, however, this brings undesirable consequences, including the development and progression of presbyopia.
Presbyopia is not a refractive defect, it is a peculiar indisposition of near vision manifested >40 years of age resulting from widespread involutionary processes. It is caused by physiological anatomical and functional changes occurring in the intraocular lens, especially its capsule, and functional changes in the ligamentous apparatus, resulting in decreasing amplitude of accommodation, i.e. reduced/insufficient ability to sharpen the image of close objects. Interestingly, the strength and work of the ciliary muscle is not affected, thus the full contraction and diastole of this muscle induces adequate changes in the tension of the ligamentous system, and only these forces are met with an altered susceptibility of the lens capsule and the lens itself to respond to a given accommodative stimulus. Such a condition calls for support, i.e. optical correction for nearsightedness. Its recommendation should not be delayed, as procrastination may result in causing symptoms of asthenopia and impaired nearsightedness in the future.
Let’s give our organ of the visual system the best possible correction, let’s use all possible solutions. Our brains like to be given tasks, they like to learn, and if we feed them properly, they will help us use more and more precise, higher resolution correction methods for years to come, as long as we make sure that the plasticity of our brain is preserved.
Dr. Anna M. Ambroziak talks with an invited expert during an interview series entitled „Let’s talk about sight” (#PorozmawiajmyoWzroku) at the Ophthalmology Center Świat Oka in Warsaw.
Can we guard against age-related retinal degeneration? What can we do in this area and, in your opinion, is such knowledge generally available?
The basis of ophthalmology is prevention and age-related maculopathy is a classic example of this. If we have a positive family history and other risk factors besides age, such as nicotinism, atherosclerosis, carbohydrate-lipid disorders, among others, then we should not delay screening and perform it systematically. Age-related macular degeneration (AMD) is the most common cause of so-called „practical blindness” in developed countries, occurring most often in people over 50. It is believed that the incidence of AMD will increase as a result of global population aging. AMD is a degenerative disease that destroys the retina in the place that is the most critical to the vision process – the macula, most often through atrophy of the pigment epithelium, choriocapillaries and photoreceptors and the development of pathological neovascularization. The pathogenetic mechanisms of the disease, described in detail, are indirectly responsible for its early and correct diagnosis. Knowledge of the processes that occur in aging tissues, as well as complex processes caused by external factors and genetic conditions, allow specialists to differentiate the degenerative changes that arise and classify them into different stages of disease development. A number of risk factors, which are divided into modifiable and non-modifiable ones, are subject to analysis both to assess the risk of the onset of the condition and its subsequent progression. Ongoing research on these factors is focusing the attention of specialists on their potential use in prevention and therapy. An interview based on these risk factors provides important information about the patient’s overall health and predisposition to develop maculopathy. In the diagnosis of AMD, there is no single rigid regimen of management, since the disease is not homogeneous and is characterized by a very wide spectrum of symptoms. Among the diagnostic methods described, imaging studies predominate, which can be divided into invasive studies – advanced vascular studies performed by ophthalmologists, and non-invasive studies – imaging degenerative changes, performed by both teams of specialists. Early diagnosis of age-related macular degeneration offers the possibility of preserving the patient’s normal visual function. The progression of untreated disease promotes the development of symptoms whose effects are irreversible.
AMD is an example of a disease in which a holistic view of the entire body is critical. The patient should therefore take full responsibility for his or her health and ensure proper diet and physical activity and not delay a visit to a specialist. Education level is insufficient in every dimension of our physical, mental and social well-being.
One of the world’s most popular imaging diagnostic techniques is optical tomography OCT. Recent research conducted at the International Centre for Translational Eye Research (ICTER) under the supervision of Professor Maciej Wojtkowski have allowed the development of an improved method called Spatio-Temporal Optical Coherence Tomography (STOC-T) that enables imaging of the retina with preserved high-resolution at any depth in the frontal section. The use of STOC-T for retinal imaging makes it possible to reconstruct the morphology of the cones in the human eye. From your point of view, why is retinal imaging important? Which diseases would imaging of the morphology of the cones be crucial for?
OCT is a widely used technology in ophthalmology and allows imaging of all structures of the eyeball, both anterior and posterior, but the greatest research and scientific achievement is in imaging the retina in the central, or macular, area.
Imaging of the morphology of the cones opens a kind of gateway to eternity by enabling anatomical and functional monitoring of photoreceptors that receive visual stimuli and thus informs the first changes leading to, and long before, the onset of maculopathy. It thus provides us with a range of variables for monitoring and modifying perceptual processes, including particularly promising prospects for detecting dementia-like changes and thus accurately assessing cognitive and executive functions.
The key to the future is to capture the state in which the physiological changes that occur in the aging process of eye tissues transform into pathologies.
Dr. Anna M. Ambroziak
For the diagnosis of retinal diseases, not only structural, but also functional changes are important. The group of functional methods includes a precise variant of visual field testing – microperimetry. A novel method is being developed at ICTER: two-photon microperimetry, which takes advantage of the two-photon vision effect occurring when the retina is illuminated by a femtosecond infrared laser pulse. Physics shows that the longer the wavelength of light, the weaker it scatters in the medium. Therefore, in your opinion, can the use of infrared for functional vision testing expand the applicability of microperimetry?
Absolutely yes.
Both in terms of screening in at-risk groups and the broad prevention of macular disease, as well as the standards of management of myopia and glycemic/diabetic disorders.
Comprehensive diagnostic measures performed by ophthalmologists and optometrists are the cornerstone of their daily practice. Complementary examinations performed by both teams are the basis for proper and early diagnosis of many diseases of the visual system and implementation of effective treatment. In the diagnosis of retinal diseases, the range of examinations is very wide and includes both invasive methods and increasingly popular non-invasive examinations, which are expanding the standards of ophthalmic-optometric examinations.
Our research shows that two-photon microperimetry has better repeatability than traditional microperimetry. In your opinion, could this be important for diagnosing eye diseases or tracking their progress? If so, for which diseases in particular?
Absolutely yes.
Precise assessment of the progression of changes over time and high sensitivity and specificity of central perimetry parameters are the greatest challenges of current diagnostics.
Each of the broad spectrum of entities in the maculopathy family requires reproducible data, but myopic maculopathy should definitely be highlighted in this group.
Let’s return to imaging methods by staying with two-photon effects: we are also developing a two-photon variant of fluorescence scanning laser ophthalmoscopy. A standard fluorescence scanning ophthalmoscope (SLO) uses a beam from the visible range, with a wavelength of typically around 480 nm (blue). This wavelength allows to excite the fluorescence of lipofuscin deposits in the pigment epithelium, but not of pigments involved in visual cycle transformations, such as retinyl esters. They are excited with shorter wavelengths, absorbed in the cornea, so it is impossible to detect them with such a standard SLO. The two-photon variant of this device that we are developing at ICTER circumvents this limitation. Do you think this could be an interesting tool for ophthalmologists?
Absolutely yes for the third time. The two-photon effect, as in perimetry, totally changes the perspective and raises the level of reliability of the examinations carried out, which is particularly justified in combination with SLO technology, since it makes it possible to detect changes at the cellular level in the period before the formation of functional changes, such as perimetric changes.
What are the available methods of keratoconus examination? What are their limitations?
First: genetics has entered diagnostics.
Second: imaging is giving us a new generation of tools with increasingly higher resolution and precision.
Corneal cone (Keratoconus, KC) is a bilateral, albeit asymmetric, condition that involves progressive thinning and convexity of the cornea, leading to irregular astigmatism. Keratoconus usually develops in the second or third decade of life. The condition affects all ethnic groups and both sexes. The prevalence and incidence rates of keratoconus can vary by geographic location and age of onset.
Approximately 73% (16 of 22) of human autosomal chromosomes are associated with KC , and 59% of these can be considered to show statistically significant associations (8 of 63). Studies suggest that it may be a polygenic disease, meaning that two or more affected genes are required for the development of keratoconus.
Keratoconus is a multifactorial disease and many genetic factors, along with various external factors, influence phenotypic expression and its development.
And what do we know from the Polish research I have been doing for many years? That is, what do we know about the KC-related protein?
The ALDH3A1 protein is important in maintaining corneal physiology and protecting the eye from UV damage. However, no genome-wide association study has shown that the ALDH3A1 locus is associated with keratoconus. In this study, we investigated the potential role of ALDH3A1 variants as risk factors for the onset and severity of KC in a large group of Polish patients with keratoconus. In the first step, we analyzed the sequence of the coding region of ALDH3A1 in the KC subgroup. We then genotyped three selected ALDH3A1 variants in a larger group of KC patients (n=261) and healthy controls (n=317). We found that the minor A allele of rs1042183 is a risk factor for keratoconus in the dominant model. Genotypes of the rs2228100 variant appear to be associated with an earlier age of KC diagnosis in the Polish population (p=0.055 for the comparison of the three genotypes and p=0.022 for the dominant inheritance model). We showed that the rs1042183 variant in the ALDH3A1 gene is associated with predisposition to keratoconus in the Polish population. The allele frequency of ALDH3A1 variants associated with KC varies in different populations, which may be partly responsible for the difference in KC prevalence worldwide.
Early studies that diagnosed keratoconus were based mainly on symptoms seen on retinoscopy, non-standardized keratometry measurements and subjective assessment of clinical symptoms. Another diagnostic parameter is pachymetry, or corneal thickness assessment. We use different technologies and base the measurements on specific maps.
Until the development of technology and the advent of the ability to diagnose keratoconus with topography and high-resolution optical coherence tomography, information about corneal curvature was provided by keratometry.
Both pachymetry and keratometry are an essential part of the examination performed by an ophthalmologist or optometrist. The measurements obtained during the examination with an autorefractometer, should be the starting point of a comprehensive diagnosis.
Optical coherence tomography is a non-contact and non-invasive method of receiving and then processing an optical signal. It uses superluminescent diodes, which are a source of low-energy infrared light, to image high-resolution structures of the anterior segment of the eye. It is a Swept Source (SS-OCT) device that uses a long-wavelength light source with a central wavelength of 1310 nm and has a speed of 30,000 axial scans per second. The use of long-wavelength light, reduces unwanted scatter, and this results in a greater ability of the light to penetrate opaque structures, i.e. through the sclera or opaque cornea.
The device, performing qualitative analysis of the collected data, forms various types of tomographic and topographic maps of the anterior surface of the eye, the device generates a report respecting the percentage of similarity of the examined patient’s cornea to a typical cone eye model (ESI – Ectasia Screening Interpreted). Anterior corneal curvature and anterior and posterior astigmatism are significantly elevated in a person diagnosed with keratoconus; these parameters are not particularly useful in differentiating subclinical keratoconus from healthy eyes.
Epithelial criteria are the current diagnostic trend.
In daily practice, the usefulness of posterior corneal measurements continues to be emphasized, as changes in the posterior surface of the cornea can be one of the first clinically detectable signs of keratoconus. These measurements could not previously be obtained from traditional reflection-based topographers; they are measured using Scheimpflug imaging and anterior segment optical coherence tomography (AS OCT). By comparing topography maps taken over months and years, a trend curve of the condition is generated, e.g., the Cone Trend Analysis report, which is a key element in assessing the progression of keratoconus repression. A limitation, and thus a diagnostic challenge, is the detection of preclinical cases (pre-KC).
Dr. Anna M. Ambroziak and the Świat Oka Center in Warsaw.
What fields will develop in the next 10 years? What are the biggest challenges for scientists in the field of optics, optometry, ophthalmology and for medical staff specializing in the diagnosis and treatment of eye disorders?
New optics and the use of artificial and augmented intelligence are among the trends, simultaneously, we know more and more about our brain and are pushing the limits of neuroregenerative abilities. Still, the most common cause of decreased visual acuity is uncorrected inaccuracy. The visual organ allows us to perceive stimuli from the surrounding world. Visual sensory fibers have the largest brain representation among our senses, the information transmitted through them, however, requires a very precise receptor. More than half of European adults are diagnosed with refractive errors (myopia≤-0.50, hyperopia ≥+0.75, astigmatism ≥0.75). Everyone over the age of 40, regardless of the type and level of non-massive refraction, needs nearsightedness-support, i.e. correction of presbyopia. Still, despite such modern tools, very often the visual defect is not corrected or is only partially corrected. According to estimates, at least one in two adults should use glasses or contact lenses or another form of correction, but this is not the case. This fact has strong economic implications, both individually and socially, and is a potential cause of decreased productivity and quality of life. I am pointing to significant differences in the assessment of most functions, from overall quality of vision to mental health.
Most of us believe that the primary symptom of an uncorrected vision defect is blurred vision. We see with our brains. The brain selects sharp images, and the eye, thanks to its ability to accommodate, can sharpen the image provided by the impulse. This explains in some cases the ability to read despite the lack of proper correction.
A patient with an uncorrected visual impairment subconsciously seizes the opportunity to minimize the discomfort of a blurry retinal image and squints. Narrowing the eyelid crevice restricts the access of rays that run off-axis through the optical system of the eye. Light rays that enter the receptors in the retina when the eyelids are closed run axially and have a much smaller effect on blurring the image than off-axis rays. By squinting, a person with a refractive defect makes the image they see clearer, but is still subject to the typical symptoms of asthenopia, which is a reaction of the visual system to increased visual effort caused by an uncorrected refractive defect, most often hyperopia and astigmatism. Other causes of asthenopia can be phoria, which is a misalignment disorder of binocular vision, convergence or accommodative disorders.
There are a number of mechanisms in the human visual system that offset the discomfort caused by visual defects or disorders of the visual system, including fusiform vergence or accommodations. These mechanisms can become impaired during illness, under stress or as a result of intensive visual work at close distances.
The discomforts associated with uncorrected or undercorrected visual impairment are usually not sudden in nature and do not cause ocular signs for a long time. Their occurrence is often read in terms of somatic disorders manifested, for example, by general fatigue, irritability, dizziness or headaches. We should discuss this with our patients. Adequate optimization of retinal and cerebral images expands the doors of perception and thus future possibilities for intraocular correction and neuroadaptation to modern optics.
Let us take care of the psyche and help the brain refine the senses.
My dream is education, education addressed to us – specialists, education of our patients, education of their families, education of officials and decision-makers. My dream is for patients to benefit and be aware of the need for prevention. I know this sounds like utopia to realists, but this is my reality, and I want to share it. We are the ones who create reality! If only we start with small steps, with small things, with examples, with ourselves and our own backyard and realize this ideal world. Just as in Świat Oka we showed the space for eye care professionals to work together. This is the only way we can change our reality. First of all, the environment! Our polluted world is the starting point for autoimmune diseases, and diseases on the spectrum are not only ophthalmic and ocular surface. Our contaminated air, water and soil and the lack of natural light for our young people, our children and teenagers means obesity and being overweight, it means myopia. These diseases already affect half the population of young people and their numbers are increasing dramatically. Psychosomatic diseases constitute now about 70-80% of diseases, autoimmune diseases similarly. The number of people requiring vision correction and vision therapy is similar and so few, far less than half, benefit from it. The majority of parents (more than 80%) believe, and this is us who is responsible for this educational error, that children only require vision control when they start going to school. Many still do not understand that a full Optometric and Ophthalmic examination is the basis, and we are not talking about any exceptionally high standards. At least two hours in natural light and dietary changes are the basis for holistic management of our patients of all ages. Digital eye fatigue along with disorders of the ocular surface, disorders of convergence, accommodation, with visual defects. including pseudo-short-sightedness simply require attentiveness, awareness of here and now, and willingness. No exceptional solutions or finances are needed there. Our dream for the present is for us to get examined and undergo corrections when needed. We will then be able to let our tired and irritated minds rest. The next step is modern diagnosis and treatment of ophthalmic conditions.
Eye screening programs are still needed both in developing countries and here in the center of Europe, where preventive care in ophthalmology still does not happen realistically.
Osiągnięto kolejny kamień milowy w obrazowaniu oczu. Polscy naukowcy opracowali technikę, która pozwala na oglądanie siatkówki i naczyniówki na dowolnych głębokościach.
Współczesne obrazowanie tkanek oka bez tomografii OCT nie byłoby możliwe. Ta jedna z najpopularniejszych i najdokładniejszych technik diagnostycznych na świecie umożliwiła nam pełniejsze zrozumienie mechanizmów wielu chorób i lepszy dobór terapii. Tomografia OCT nie jest jednak techniką idealną. Szum koherentny czy ograniczony zakres osiowy uniemożliwiają obrazowanie w wysoką rozdzielczością, a także pełną penetrację wszystkich warstw siatkówki i naczyniówki.
Naukowcy z Międzynarodowego Centrum Badań Oka (ICTER) 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.
Oko nie zawsze wszystko odkrywa
Technologie obrazowania, takie jak skaningowa oftalmoskopia laserowa oraz angiografia fluoresceinowa (AF) i indocyjaninowa (ICG), przełożyły się na dokładniejsze leczenie wielu chorób oczu, ale złotym standardem nadal pozostaje tomografia OCT. Jest bezbolesna i nieinwazyjna, choć wyzwaniem nadal pozostaje rozróżnienie ważnych elementów morfologicznych oka. Angiografia OCT (angio-OCT) idzie krok dalej i umożliwia wizualizację mikrokrążenia siatkówki oraz naczyniówki bez wstrzykiwania barwników, ale jakość uzyskiwanych obrazów pozostawia wiele do życzenia i w wielu przypadkach wcale nie jest lepsza od klasycznej tomografii OCT. Nie pomaga w tym sama skomplikowana budowa naczyniówki, która jest bardzo trudna w obrazowaniu, a jednocześnie złożona, bo odżywia zewnętrzne warstwy siatkówki.
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 (łac. Uveitis) czy innych chorób degeneracyjnych siatkówki.
Najlepszą obecnie znaną (choć niedoskonałą) metodą wizualizacji naczyń naczyniówki jest angiografia ICG, która jest selektywna czasowo i pozwala na ich obserwację krótko po podaniu barwnika. ICG nie potrafi jednak rozróżniać poszczególnych warstw naczyniówki. Nie ujawnia także złożoności CC, co w ograniczonym zakresie dało się dostrzec tylko przy użyciu angio-OCT. Wykazano, że obrazy angio-OCT uzyskane na różnych głębokościach naczyniówki mają podobny wygląd, co sugeruje, że mogą zawierać inne warstwy, m.in. warstwę Sattlera. A to z kolei czyni wszelką analizę ilościową bezcelową.
Od lewej do prawej: prof. Maciej Wojtkowski, mgr Piotr Węgrzyn, dr Mounika Rapolu.
Zajrzeć głębiej
W poprzedniej pracy zatytułowanej „Light-adapted flicker optoretinograms captured with a spatio-temporal optical coherence-tomography (STOC-T) system”, naukowcy ICTER opisali wynalezioną przez nich czasowo-częstotliwościową tomografię optyczną OCT (Spatio-Temporal Optical Coherence Tomography STOC-T) do rejestrowania optoretinogramów siatkówki.
Teraz zespół prof. Macieja Wojtkowskiego z ICTER w pracy zatytułowanej „Spatio-Temporal Optical Coherence Tomography provides full thickness imaging of the chorioretinal complex” wykazał, 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 – mówi prof. Maciej Wojtkowski z ICTER.
Obraz wybranej warstwy w naczyniówce ludzkiej uzyskany za pomocą nowej metody STOC-T.
Głównym ograniczeniem przełomowej techniki jest w tej chwili obecna cena kamery, która wynosi około 100 000 euro. Naukowcy oczekują, że wraz ze wzrostem wolumenu produkcji, może ona stopniowo spadać, choć trudno przewidzieć do jakiego pułapu. Na pewno teraz wiele placówek badawczych nie mogłoby sobie pozwolić na tak drogie narzędzie.
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 STOC-T do obrazowania siatkówki umożliwia rekonstrukcję morfologii czopków w ludzkim oku. Dzięki wspomnianej kamerze, metoda STOC-T 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. Tomografia STOC może zapoczątkować nową erę w diagnostyce chorób oka, choć trzeba jeszcze wiele zrobić, by mogła ona zostać odpowiednio rozpowszechniona.
Monitorowanie prawidłowego ukrwienia mózgu jest kluczowe, nie tylko do zapobiegania chorób neurologicznych, ale także ich leczenia. Technika równoległej interferometrycznej spektroskopii w bliskiej podczerwieni, czyli po prostu πNIRS, może ułatwić życie lekarzom i pacjentom na całym świecie.
Krew napędza cały nasz organizm, a szczególnie ważna jest dla funkcjonowania mózgu. Średnio przez tkankę mózgową przepływa ok. 50 ml/min/100 g – ok. 80-90 ml/min/100 g przez istotę szarą i 20-30 ml/min/100 g przez istotę białą. Kiedy brakuje tlenu, a więc i właściwego ukrwienia, dochodzi do śmierci komórek nerwowych – mówimy wtedy o udarze mózgu. Dotyka on co roku w Polsce ok. 70 000 osób.
Dlatego właśnie tak ważne jest monitorowanie mózgowego przepływu krwi, zarówno w prewencji chorób, jak i ich leczeniu. Neurologia zna wiele skutecznych metod na to pozwalających, ale wiele z nich ma swoje słabe strony. Teraz zespół neuronaukowców z badaczami z ICTER na czele opracował metodę, która może znacznie usprawnić monitorowanie przepływu krwi przez mózg in vivo. Opisano ją w pracy, pt. „Continuous-wave parallel interferometric near-infrared spectroscopy (CW πNIRS) with a fast two-dimensional camera”, autorstwa Saeeda Samaeia; Klaudii Nowackiej; Anny Geregi; Żanny Pastuszak; Dawida Boryckiego, która ukazała się w czasopiśmie „Biomedical Optics Express”.
Jak monitorować przepływ krwi w mózgu?
Mózgowy przepływ krwi (CBF) wykorzystuje ok. 15% rzutu serca, by dostarczyć do mózgu najważniejsze substancje (tlen i glukoza) i zabrać te niepotrzebne (produkty metabolizmu). Wszelkie odchylenia od normy mogą wywoływać chwilowe zaburzenia pracy mózgu, ale także wywoływać nieodwracalne choroby, z alzheimerem na czele. Dlatego właśnie nieinwazyjne monitorowanie CBF jest tak ważne – mamy kilka skutecznych narzędzi, które to umożliwiają.
Pierwszą, która przychodzi do głowy, jest funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI), prawdopodobnie najbardziej rozpowszechnione badanie diagnostyczne na świecie, które sprawdza się także w tym przypadku. Pozwala na monitorowanie lokalnych zmian ukrwienia mózgu i związane z nimi fluktuacje działania neuronów in vivo. Technika ta oferuje obrazy wysokiej rozdzielczości, ale jest dość kosztowna i trudna do zastosowania np. u małych dzieci. Tu z pomocą przychodzą metody optyczne.
Natlenienie mózgu można oceniać przy pomocy funkcjonalnej spektroskopii bliskiej podczerwieni (fNIRS). Technika ta umożliwia nieinwazyjny pomiar regionalnego utlenowania mózgu, dzięki wykorzystaniu selektywnej absorpcji promieniowania fal elektromagnetycznych z zakresu 660–940 nm, przez obecne w organizmie człowieka chromofory. Używa się jej często jako narzędzie wspomagające monitorowanie stanu pacjenta, m.in. podczas operacji neurochirurgicznych.
Z kolei przepływ krwi może być stale monitorowany dzięki dyfuzyjnej spektroskopii korelacyjnej (DCS), a ich najbardziej zaawansowane modyfikacje bazują na laserach o stałym natężeniu (CW), które jednak uniemożliwiają przeprowadzanie pomiarów bezwzględnych. Pomocna może być tu interferometryczna spektroskopia w bliskiej podczerwieni (iNIRS), jednak wcześniejsze badania wykazały, że jest to metoda zbyt wolna do wykrycia natychmiastowych zmian w przepływie krwi, przekładających się na aktywność neuronów. Jest to bowiem system jednokanałowy, czyli w określonym czasie mierzący natężenie tylko jednej wiązki światła padającej na detektor.
Dr Dawid Borycki (z lewej) i Saeed Samaei (z prawej). Zdjęcie: dr Karol Karnowski.
Innowacyjna πNIRS
Zespół naukowców z ICTER postanowił zmodyfikować iNIRS, stawiając na równoległą interferometryczną spektroskopię w bliskiej podczerwieni (πNIRS), która pozwala na wielokanałową detekcję mózgowego przepływu krwi. Aby to osiągnąć, konieczne było zmodyfikowanie samego systemu detekcyjnego iNIRS. W πNIRS zebrane sygnały optyczne są rejestrowane za pomocą dwuwymiarowej kamery CMOS działającej z ultraszybką częstotliwością odświeżania (~1 MHz), a każdy piksel w zarejestrowanej sekwencji obrazów staje się efektywnie indywidualnym kanałem detekcji. Dzięki takiemu podejściu można uzyskać podobne dane jak z iNIRS, ale znacznie szybciej – nawet o rzędy wielkości!
Takie usprawnienie z kolei przekłada się na większą czułość systemu oraz dokładność samej detekcji. Można wykryć szybkie zmiany przepływu krwi, związane z aktywacją neuronów np. w odpowiedzi na zewnętrzny bodziec lub podany lek. Rozwiązanie to może być przydatne nie tylko do diagnostyki zaburzeń neuronalnych związanych z CBF, ale także do oceny skuteczności metod terapeutycznych, np. w przypadku chorób neurodegeneracyjnych.
– Projekt ten umożliwi ulepszenie szybkich, nieinwazyjnych systemów monitorowania krwi mózgowej u ludzi in vivo. Ciągłe i nieinwazyjne monitorowanie przepływu krwi mogłoby pomóc w leczeniu głównych chorób mózgu. Ponadto, szybkie wykrywanie mózgowego przepływu krwi przybliży nas do opracowania nieinwazyjnego interfejsu mózg-komputer (BCI), który mógłby pomóc osobom niepełnosprawnym. Wreszcie, nasz projekt wzmocni tradycje polskiego rozwoju w optyce dyfuzyjnej – mówi Dawid Borycki z ICTER.
Dr. Dawid Borycki. Zdjęcie: dr Photo: Karol Karnowski.
Przeprowadzone testy potwierdziły, że zastosowana technika jest skuteczna do monitorowania aktywności kory przedczołowej in vivo. Co więcej, w przyszłości może zostać jeszcze ulepszona dzięki rozwojowi technologii LiDAR i ultraszybkiego obrazowania wolumetrycznego oka, które obniżą koszty kamer CMOS. Dzięki temu, technikę πNIRS będzie można zastosować do monitorowania mózgowego przepływu krwi i zmian absorpcji z więcej niż jednej lokalizacji przestrzennej.
Dane uzyskane dzięki technice πNIRS pozwalają na zastosowanie w diagnostyce zaburzeń krążenia mózgowego, co ułatwi ocenę stanu pacjenta oraz pozwoli na prognozowanie wczesnych i długoterminowych wyników leczenia.
W eksperymentach prowadzonych w ICTER zespół naukowców (Saeed Samaei, Klaudia Nowacka) pod kierunkiem Dawida Boryckiego wykorzystał światło laserowe wraz z ultraszybką kamerą do pomiaru przepływów krwi w mózgu. W pomiarach wykazano, że ta nowatorska technika, nazwana parallel interferometric (π) NIRS jest wystarczająco czuła, aby nieinwazyjnie analizować aktywację kory przedczołowej podczas czytania nieznanego tekstu. Co przyczynia się do rozwoju nieinwazyjnego interfejsu mózg-komputer.
Cytowana publikacja:
Saeed Samaei, Klaudia Nowacka, Anna Gerega, Żanna Pastuszak, and Dawid Borycki, „Continuous-wave parallel interferometric near-infrared spectroscopy (CW πNIRS) with a fast two-dimensional camera,” in Biomedical Optics Express, Vol. 13, Issue 11, pp. 5753-5774 (2022) https://doi.org/10.1364/BOE.472643
Naukowiec opowiada o prowadzonych w ICTER badaniach w zakresie genomiki pojedynczej komórki, algorytmach uczenia maszynowego i technologii sekwencjonowania pojedynczych komórek.
Wywiad z liderem Grupy Genomiki Obliczeniowej, doktorem Marcin Tabaka, zrealizowała agencja Pro Science agency dla SAS (blog Data Science robię).
Współcześnie okulary są wytworem łączącym w sobie tak różne dziedziny wiedzy i aktywności ludzkiej jak inżynieria materiałowa, zaawansowane technologie cyfrowe, okulistyka i wiedza optyczna, precyzyjne rzemiosło, wzornictwo przemysłowe i design, a nawet marketing marek luksusowych. I w takim ujęciu doskonale wpisują się w translacyjny charakter centrum badań nad okiem, jakim jest ICTER. Dlatego dziś chcielibyśmy Państwu przybliżyć temat okularów i mody na okulary z perspektywy osoby, dla której ich produkcja, indywidulany dobór oraz naprawa są osobistą pasją i zawodowym wyzwaniem.
– Czy prawdą jest, że każdy z nas w ciągu życia będzie potrzebować przynajmniej pary okularów?
– Tak, to prawda. To jest nieuniknione. Prędzej czy później, nawet jeśli nie mieliśmy do czynienia z okularami, to w którymś momencie naszego życia zaczyna się młoda prezbiopia, czyli utrata elastyczności soczewki wewnątrzgałkowej. Nagle okazuje się, że ręka jest już za krótka, by zapewnić odległość właściwą do odczytywania drobnego druku. Wtedy przychodzi czas na wizytę u okulisty, pomiar refrakcji, no i sprawdzanie, jak bardzo naturalna soczewka przestaje być wydolna.
– Czyli poprawiamy sobie korekcję dobierając soczewki. Ale przecież zależy nam, by ładnie i modnie wyglądać, niezależnie od płci i wieku.
– Tak, i wtedy, oprócz doboru soczewek, czeka nas wybór oprawy okularowej, co nie jest takie proste, jakby się nam wydawało. Trzeba zwracać uwagę na mnóstwo czynników, a przede wszystkim trzeba się sobie podobać i dobrze czuć w takiej oprawie. Często też zależy nam, by dostosować ją do obecnych trendów. Kiedyś do okularów nie przykładano takiej wagi, traktowane były jako zło konieczne, muszę je nosić, bo bez okularów nie widzę lub słabo widzę. Dziś zależy nam również na tym, by w nich dobrze wyglądać i mieć coś fajnego na twarzy, liczy się też komfort użytkowania i jakość wykonania. Można powiedzieć, że w optyce okularowej występują takie fale np. że była moda na oprawy drucikowe, później przyszła moda na oprawy z masy (plastik), wyraziste, a ostatnio transparentne, a teraz to się już troszeczkę pomieszało. Do tego każdy z nas ma indywidulane preferencje. Są osoby, które wolą mocne oprawy, które są wyraźnie zauważalne na twarzy i będą zaznaczały ich charakter, a są osoby, które wolą oprawy delikatniejsze, bardziej subtelne. Ważne, by było stylowo, komfortowo, aby pacjent dobrze się czuł w tych okularach, bo jakby nie było, jest to proteza naszego wzroku.
– Kto wyznacza trendy w modzie na oprawki?
Obecnie są to przede wszystkim główne domy mody, które za pośrednictwem swoich największych, często ekskluzywnych i najbardziej rozpoznawalnych marek kreują trendy w modzie dla pań i panów. W niemal każdej kolekcji sezonowej, okulary – głównie te przeciwsłoneczne, ale również oprawy korekcyjne – są integralnym elementem projektów prezentowanych na wybiegu. Trendy obecnie wyznaczają też celebryci oraz influencerzy. Osoby znane często pokazują się w okularach, zwłaszcza przeciwsłonecznych, noszą coraz ciekawsze modele, także te z wybiegów mody, wzbudzając tym zainteresowanie przynajmniej części społeczeństwa. Często zdarzają się nam pacjenci, którzy proszą o oprawy jakie nosi konkretny celebryta. To jest ciekawe o tyle, że na każdą twarz przypada trochę inna oprawa. Ta, w której Pan Krzysztof wygląda elegancko i szykownie, niekoniecznie zadowoli Pana Karola, który dodatkowo może nie odczuć w ogóle komfortu noszenia takich oprawek. Na to też trzeba zwrócić szczególną uwagę przy doborze okularów.
– Czyli modę okularową kształtuje głównie dyktat domów mody. Ale są też inne trendy, które mogą wpływać na to, jak się nosimy i co nosimy na co dzień. Silnym trendem obecnie jest wszystko, co związane jest z ekologią i zrównoważonym rozwojem. Jak wygląda ten trend w oprawkach?
– Coraz więcej producentów wykorzystuje do produkcji opraw surowce wtórne. Współpracujemy z firmą, która wytwarza oprawy z surowców pozyskanych z recyclingu śmieci oceanicznych. W oprawach pojawia się coraz więcej domieszek drewna i innych materiałów naturalnych, które na początku były słabo wykorzystywane z uwagi na swoją kruchość i łamliwość. Obecnie wzbogacane są o specjalne płytki akcelatowe, które sprawiają, że oprawa robi się bardziej elastyczna i można jej dłużej używać.
– Skoro mowa o materiałach, to jakie inne materiały poza wymienionymi używane są do tworzenia opraw?
– Oczywiście plastik, który współcześnie charakteryzuje się olbrzymią wytrzymałością i lekkością. Zazwyczaj są to grube oprawy, choć lekkie, a także dość miękkie i z tego względu polecane zwłaszcza dla dzieci. W tym celu wykorzystuje się zylonit, czyli octan celulozy – hipoalergiczne tworzywo sztuczne, a także żywicę epoksydową, która po podgrzaniu jest bardzo plastyczna i łatwo dopasowuje się do kształtu twarzy. W produkcji opraw wykorzystywane są również metale, jak stal chirurgiczna, aluminium, tytan czy beryl. Wszystko zależy od preferencji klienta i zasobności portfela, gdyż niektóre oprawy, jak na przykład tytanowe, mogą być dość drogie.
– A czy można dać drugie życie swoim oprawkom?
– Tak, istnieją firmy i fundacje, także w Polsce, które zajmują się zbieraniem zużytych lub nieużywanych opraw okularowych od optyków. W zasadzie zawsze mam w salonie oprawy, których nie wykorzystam, także na części zamienne przy naprawie okularów moich klientów. Od czasu do czasu pakujemy je i wysyłamy w miejsce, gdzie oprawy są odnawiane. Następnie grupa okulistów i/lub optometrystów jedzie do krajów trzecich i z tych zebranych opraw wykonuje ludziom na miejscu okulary, tak by móc je ponownie wykorzystać, by ktoś się tym cieszył. Chodzimy w oprawie kilka lat i ona nie zużywa się całkowicie, po kilku zabiegach można ją odświeżyć. To są także przydatne materiały szkoleniowe dla szkół kształcących optyków okularowych i optometrystów, a ta dziedzina kształcenia od co najmniej 10 lat bardzo prężnie się w Polsce rozwija.
– Czy możesz opowiedzieć o swojej przygodzie z optyką?
– Mój salon to firma rodzinna. Firmę rozwijał mój tata i uczył mnie rzemiosła od dziecka. Nie wyobrażam sobie, że mógłbym robić nic innego. Fascynują mnie okulary, technologie optyczne, dobór oprawek, jak skonstruowana jest gałka oczna, jak obraz tworzy się na siatkówce. Moim marzeniem jest w przyszłości zająć się optometrią. Obecny kierunek rozwoju optometrii w Polsce pomaga lekarzom skupić się na leczeniu chorób oczu, nie tylko na doborze korekcji wady wzroku. Tym bardziej, że technologie są coraz bardziej zaawansowane, konstrukcje samych soczewek okularowych zmieniają się w zasadzie z roku na rok, a lekarz okulista niekoniecznie jest świadomy tych zmian konstrukcyjnych. Lekarz skupia się na chorobach, końcowa korekcja wady wzorku pozostaje na poziomie optyka. Dobierając okulary i oprawki wolę sprawdzić receptę, którą dostaję od klienta, zwłaszcza jeśli dotyczy soczewek progresywnych czy relaksacyjnych, gdzie występują kanały progresji czy strefy aberracyjne. Nie są to duże różnice między główną receptą a moją poprawką, często jest to 0,5 dioptrii bądź nieznacznie zmieniona oś cylindra, ale jesteśmy w stanie tak doprecyzować to badanie wstępne, aby wycisnąć jak najwięcej z soczewki. Współcześnie soczewki są bardziej precyzyjne i wymagają od optyków większej precyzji pomiarowej. Wykonuje się je z wykorzystaniem technologii cyfrowych, gdzie każda 0,1 mm w wysokości montażowej bądź rozstawie źrenic czy w dopasowaniu kanału progresji ma ogromne znaczenie dla pacjenta, jego adaptacji do nowych okularów i komfortu ich użytkowania.
– Rozmawiając o technologii, czy możesz proszę powiedzieć czy rozszerzona rzeczywistość wykorzystywana jest np. przy doborze oprawek. Czy to się dzieje?
– Tak, są firmy optyczne, które z tym eksperymentują. Pacjent staje wówczas przed urządzeniem, komputer wykonuje skan twarzy, następnie na podstawie algorytmu wylicza, jaka oprawa będzie optymalna do danej twarzy i drukuje ją w 3D. Jak to działa w praktyce, jeszcze tego nie widziałem, ale ciekawy jestem czy dobór ten – będący w zasadzie czystą matematyką – sprawdzi się w praktyce. Wszak każda twarz jest inna, komputer oczywiście może robić bardzo dokładne skany, ale czy to akurat wyliczenie będzie dobre dla danego pacjenta, to może być zawsze kwestia sporna, bo wchodzą tutaj kwestie subiektywne, własnej oceny, czego maszyna nie jest w stanie ocenić. Oczywiście, można napisać program, w którym pacjent będzie mógł wprowadzić swoje preferencje dotyczące takiej oprawy, ale nie ma żadnej pewności czy wynik końcowy będzie go satysfakcjonował. To już w niektórych miejscach działa, ale nadal nie ma zastosowania komercyjnego na szeroką skalę.
– Teraz często chcemy mieć kilka opraw, zwłaszcza kiedy mamy wadę wzroku i nie chcemy bądź nie możemy stosować soczewek kontaktowych. Traktujemy je trochę jak perfumy czy zegarek– mam dziś taką stylizację i w związku z tym mam chęć na taką, a nie inną oprawę.
– Dokładnie, ja mam tak z okularami przeciwsłonecznymi. Mam ich całe mnóstwo i żadnych nie mogę się pozbyć, bo wszystkie lubię. Okulary są dzisiaj integralną częścią naszego wizerunku, niezależnie czy mamy wadę wzroku czy nie.
– Skoro jesteśmy przy temacie okularów funkcjonalnych, to jakie są inne typy okularów są jeszcze stosowane w różnych obszarach życia?
– Są na przykład okulary sportowe, których soczewki są dedykowane dla golfistów, bilardowców, biegaczy itp., którzy z różnych względów nie mogą skorzystać z soczewek kontaktowych. Często są to specjalne soczewki, zwłaszcza progresywne, stworzone z myślą, by przy uprawianiu konkretnych sportów zapewnić optymalny komfort funkcjonowania. Na przykład dla kolaży, którzy potrzebują mieć pełne spektrum widzenia. Są też okulary ochronne dla osób pracujących w trudnych warunkach – spawaczy, tokarzy – w nich też istnieje możliwość korekcji. Ciekawym przykładem są okulary balistyczne, przeznaczone głównie dla zaawansowanych strzelców po 40 r. życia, którzy napotykają na problem właściwy dla wszystkich prezbiopów, chcąc widzieć muszkę i cel jak za starych dobrych lat, jednak wada wzroku już na to nie pozwala. I tutaj też okulary dedykowane mają swoje zastosowanie.
– Skąd pozyskujesz oprawki? Jakie są wiodące kraje w produkcji oprawek i jak na tym tle plasuje się Polska?
– Polska wypada całkiem nieźle, mamy coraz więcej rodzimych producentów opraw okularowych i jakość tych opraw nie odbiega od ich zagranicznych konkurentów. Oprawy są naprawdę dobrze wykonane, do ich produkcji wykorzystane są wysokiej jakości materiały, a pod względem ceny są one zdecydowanie bardziej przyjazne niż zagraniczne. W swoim salonie mam również bogatą ofertę opraw z Włoch i Francji, gdyż uwielbiam je za design i często ręczne wykonanie, są doskonale wyprofilowane i zapewniają wysoką jakość noszenia. Cenię też oprawy z Hiszpanii, które eksplodują kolorami i odważną, nowoczesną stylistyką, a do tego są bardzo lekkie i przyjemne w użytkowaniu. Polskie oprawy są świetnie wykonane, ale sam design jeszcze wymaga pracy, w tym zakresie często czerpiemy inspirację od producentów zagranicznych.
– Jak widzisz przyszłość branży oprawkowej?
– Od momentu, od kiedy jestem w optyce okularowej, czyli od ponad 20 lat, branża przeszła prawdziwą rewolucję. Zmiany dzieją się na naszych oczach, a wyznacza je lifestyle, gdyż wraz ze zmianami stylu życia zmieniają się potrzeby klientów. Stąd też niesamowita popularność okularów przeciwsłonecznych, które oprócz swej funkcji ochronnej są właściwie akcesorium modowym, nowe pomysły producentów opraw na kształty, nakładki, efektowne zauszniki – wszystko to co pozwala wyróżnić się z tłumu, podkreślić indywidualność i często też status materialny. Jeśli chodzi o design, to wiele modeli opraw powraca. Można powiedzieć, że każdy rodzaj oprawy będzie mieć swój czas, co prawda w nowej odsłonie. Również technologia materiałowa pozwala w designie na nieporównywalnie więcej niż dawniej.
W szerszym ujęciu zmiany w branży podyktowane są też intensywną cyfryzacją całego sektora optycznego. Dziś niektóre salony oferują konsultacje na odległość za pośrednictwem Internetu, prowadząc wysyłkową sprzedaż okularów i częściowo zdalny dobór opraw. Wówczas klient w domu może wypróbować kilka wstępnie wybranych opraw i spokojnie zdecydować się na swój model. Osobiście uważam, że w dłuższej perspektywie nie zastąpi to jednak osobistej konsultacji z optykiem z uwagi na konieczność dokonania dodatkowych pomiarów w salonie i indywidualnego dopasowania opraw do twarzy pod względem funkcjonalnym, nie tylko estetycznym.
Do salonów wkracza też nowoczesne oprogramowanie na gruncie usług optycznych, w tym biometria oraz technologie VR, które pozwalają pozyskać obszerną ilość danych niezbędnych do wykonania zindywidualizowanych soczewek optymalnie dopasowanych do potrzeb danego pacjenta. Takie oprogramowanie tworzone jest również w Polsce. Współpracujemy w tym zakresie z firmą Szajna z Gdyni, która jest producentem soczewek progresywnych i oferuje urządzenie diagnostyczne VR, pozwalające śledzić zachowanie oka w czasie rzeczywistym przy różnej akomodacji i warunkach widzenia. Pozyskane w ten sposób dane dostarczają dodatkowych informacji o zachowaniu oka pacjenta w różnych warunkach i umożliwiają optymalny dobór soczewek progresywnych.
Przyszłość dzieje się już dziś, a sama branża optyczna ma duży potencjał wzrostu, także z uwagi na stale rosnącą liczbę osób wymagających korekcji wzroku na różnych etapach życia. Z ciekawością i uwagą śledzę najnowsze okularowe trendy, by móc zapewnić moim klientom wysokiej jakości produkt, w pełni satysfakcjonujący pod względem medycznym, funkcjonalnym i estetycznym.
– Bardzo dziękuję za spotkanie i życzę powodzenia w dalszym rozwoju działalności!
Wywiad z Jarosławem Bugajem, właścicielem Salonu Optycznego Studio Optyk w podwarszawskim Wołominieprzeprowadziła Joanna Kartasiewicz, Research Funding Manager.
Specjalne podziękowania dla firmy Szajna za możliwość przetestowania ich urządzenia diagnostycznego wykorzystującego technologię VR.
Mikroendoskopy to podstawa nowoczesnej diagnostyki medycznej – pozwalają dostrzec to, czego jeszcze dwie dekady temu nie potrafiliśmy nawet opisać. Technologia ta jest ciągle ulepszana, a do rozwoju sond przyczyniają się naukowcy z ICTER.
Mikroendoskopy wykorzystujące światłowody stają się coraz ważniejszymi narzędziami do obrazowania, ale mają swoje ograniczenia fizyczne. Są one szczególnie istotne w przypadku zastosowań wymagających dużej odległości roboczej, wysokiej rozdzielczości i/lub minimalnej średnicy sondy. Praca badawcza, zatytułowana „Superior imaging performance of all-fiber, two- focusing-element microendoscopes„, autorstwa dr Karola Karnowskiego z ICTER, dr Gavrielle Untracht z Technical University of Denmark (DTU), dr Michaela Hackmanna z University of Western Australia (UWA), Onura Cetinkayi z ICTER i prof. Davida Sampsona z University of Surrey, rzuca nowe światło na nowoczesne mikroendoskopy. Warto podkreślić, że prace badawcze zostały rozpoczęte w czasie, gdy autorzy pracowali w jednej grupie badawczej na UWA.
Naukowcy pokazali w niej, że endoskopowe sondy obrazujące, w szczególności te do tzw. obrazowania bocznego, łączące soczewki światłowodowe (GRIN) z soczewkami kulistymi, oferują doskonałe parametry pracy w całym zakresie apertur numerycznych i otwierają drogę do szerszego zakresu zastosowań obrazowania. W publikacji wydajność endoskopowych sond obrazujących jest porównywalna z powszechnie stosowanymi sondami z pojedynczymi elementami ogniskującymi.
Zdjęcie: Karol Karnowski
Czym są mikroendoskopy?
Miniaturowe sondy światłowodowe, czyli mikroendoskopy, umożliwiają obrazowanie mikrostruktur tkankowych w głębi próbki lub pacjenta. Szczególnie obiecująca jest endoskopowa tomografia optyczna OCT (Optical Coherence Tomography), która nadaje się do obrazowania objętościowego zarówno do tkanek zewnętrznych, jak i wnętrza organów (np. górnych dróg oddechowych, przewodu pokarmowego, czy kanalików w płucach).
Można wyróżnić trzy główne zakresy pracy sond światłowodowych. Badania dużych, pustych narządów (np. jak wspomniane górne drogi oddechowe) wymagają największych zakresów głębokości obrazowania (do 15 mm lub więcej od powierzchni sondy), które zwykle można osiągnąć dzięki wiązkom gaussowskim o niskiej rozdzielczości (rozmiar plamki w ognisku w zakresie 30-100 μm). Pośredni zakres rozdzielczości (10-30 μm) przydaje się do szerszego zakresu zastosowań, np. obrazowania przełyku, mniejszych dróg oddechowych, naczyń krwionośnych, pęcherza moczowego, jajników czy przewodu słuchowego. Największym wyzwaniem jest uzyskanie wiązek o rozdzielczości lepszej niż 10 μm, które są potencjalnie użyteczne w badaniach z użyciem modelach zwierzęcych.
Zdjęcie: Karol Karnowski
Przy tworzeniu sondy, trzeba pamiętać, by zachować kompromis między parametrami konstrukcyjnymi a ich wpływem na wydajność obrazowania. Układy optyczne o dużej aperturze numerycznej (wysokiej rozdzielczości) mają zwykle krótszą odległość roboczą (WD). Ponadto lepsza rozdzielczość i większa odległość robocza są trudniejsze do osiągnięcia w miarę zmniejszania średnicy sondy. Może to być szczególnie problematyczne w przypadku sond do obserwacji bocznej – w porównaniu z ich odpowiednikami obrazującymi w przód, wymagana jest większa minimalna odległość robocza. Jeżeli sonda jest zamknięta w cewniku lub igle, powoduje to wydłużenie wymaganej minimalnej odległości roboczej – w wielu przypadkach to właśnie ona jest czynnikiem ograniczającym w odniesieniu do minimalnej osiągalnej rozdzielczości lub średnicy sondy.
Warto podkreślić, że inżynierom zazwyczaj zależy na minimalizacji średnicy sondy ze względu na zmniejszenie perturbacji dla próbki i/lub komfort pacjenta. Mniejsza sonda to bardziej elastyczny cewnik, a więc i lepsza tolerancja badania przez pacjenta. Dlatego jednym z najlepszych rozwiązań jest stosowanie monolitycznych sond światłowodowych, których średnica jest ograniczona przez grubość włókien optycznych. Sondy takie charakteryzują się łatwością wytwarzania, dzięki technologii spawania światłowodów, co pozwala uniknąć konieczności żmudnego ustawiania i łączenie (zazwyczaj klejenia) poszczególnych elementów mikrooptycznych.
Zdjęcie: Karol Karnowski
Różne rodzaje mikroendoskopów
Najpopularniejsze konstrukcje światłowodowych sond obrazujących to te oparte na dwóch typach elementów ogniskujących: sondy z włóknami GRIN (GFP – GRIN fiber probes) oraz sondy z soczewkami kulistymi (BLP – ball lens probes). Sondy GRIN są łatwe do wykonania, a ich moc refrakcyjna GRIN nie jest tracona, gdy współczynnik załamania otaczającego ośrodka jest zbliżony się do współczynnika załamania użytego światłowodu. Możliwe do osiągnięcia konstrukcje są ograniczone przez komercyjnie dostępne włókna GRIN. Szczególnie trudne jest uzyskanie wysokiej rozdzielczości w przypadku włókien GRIN o małej średnicy rdzenia.
W przypadku sond do obserwacji bocznej, zakrzywiona powierzchnia włókna (i potencjalnie cewnika) wprowadza zniekształcenia, które mogą mieć negatywny wpływ na jakość obrazowania. Sferyczne sondy typu BLP nie będą miały tego problemu, ale rozmiar kuli większy niż średnica włókna jest często wymagany do osiągnięcia rozdzielczości porównywalnej z sondami GFP. Siła skupiająca sondy BLP zależy od współczynnika załamania światła otaczającego ośrodka, co jest ważną kwestią podczas pracy w ośrodku o zbliżonym lub w bliskim kontakcie z próbkami biologicznymi.
Jednym z rozwiązań do polepszenia parametrów sond, jest zastosowanie wielu elementów skupiających światło, podobnie jak w przypadku konstrukcji obiektywów o dużej odległości roboczej. Badania wykazały, że połączenie wielu elementów skupiających światło zapewnia lepsze wyniki dla wielu celów obrazowania. Sondy z wieloma elementami ogniskującymi mogą osiągnąć lepszą rozdzielczość przy mniejszej średnicy, jednocześnie oferować większe odległości robocze bez poświęcania rozdzielczości.
Jak ulepszyć sondy?
W swojej najnowszej pracy, naukowcy z dr Karnowskim na czele wykazali, że sondy z dwoma elementami ogniskującymi, w których zastosowano zarówno segmenty GRIN, jak i soczewki kuliste – nazywane sondami GRIN-ball-lens probes (GBLP) – znacznie zwiększają wydajność monolitycznych sond światłowodowych. Ich pierwsze wyniki z modelowania pokazywano już na konferencjach w 2018 i 2019 roku. Sondy GBLP porównano z najczęściej używanymi sondami GFP oraz BLP i wykazano korzyści w zakresie wydajności, szczególnie w przypadku zastosowań wymagających większych odległości roboczych, lepszej rozdzielczości i/lub małych rozmiarów.
Dla intuicyjnej wizualizacji parametrów pracy sondy, naukowcy wprowadzili nowatorski sposób kompleksowej prezentacji wyników symulacji, szczególnie przydatny w przypadku, gdy w symulacji wykorzystywane są więcej niż dwie zmienne. Analiza wpływu długości włókna GRIN i rozmiaru soczewki kulistej doprowadziła do dwóch interesujących wniosków: dla optymalnych wyników zakres długości włókna GRIN może być utrzymana w zakresie 0,25-0,4 długości skoku (tzw. pitch length); nawet jeśli zysk odległości roboczej (WD) nie jest tak znaczący dla sond GBLP o wysokiej aperturze numerycznej, autorzy pokazali, że taka sama lub lepsze wydajność w zakresie odległości roboczej jest osiągana dla sondy ze dwukrotnie mniejszą średnicą. Co więcej, nowatorskie sondy GBLP oferują wyższe rozdzielczość w porównaniu do sond BLP.
Zdjęcie: Bartłomiej Bałamut
W podsumowaniu pracy czytamy:
Zademonstrowaliśmy potencjał konstrukcji sond GBLP dla zastosowań o zwiększonej odległości roboczej, szczególnie ważnych dla sond z obrazowaniem bocznym, z wysoce zredukowanym wpływem współczynnika załamania środowiska, w którym pracuje sonda i znacznie mniejszym rozmiarem w porównaniu z sondami BLP lub GFP. Te zalety czynią sondy GBLP narzędziem wartym rozważenia w wielu zastosowaniach do obrazowania w badaniach biologicznych i biomedycznych, w szczególności w projektach wymagających mikroendoskopów.
Uwaga: Pierwsze wyniki z modelowania „GRIN-ball-lens probes (GBLP)” zostały już zaprezentowane na konferencjach w 2018 i 2019 roku:
– Karol Karnowski, Gavrielle R. Untracht, Michael J. Hackmann, Mingze Yang, Onur Cetinkaya, David D. Sampson, „Versatile, all-fiber, side viewing imaging probe for applications in catheter-based optical coherence tomography”, Photonics West, San Francisco, USA, Feb 2019, prezentacja ustna;
– K. Karnowski, G. Untracht, M. Hackmann, M. Yang, O. Cetinkaya, and D. D. Sampson, „Versatile, monolithic imaging probes for catheter-based OCT,” 15th Conference on Optics Within Life Sciences, Rottnest Island, Australia, Nov. 2018, prezentacja plakatowa.
Zespół odpowiedzialny za te wyniki rozpoczął pracę na University of Western Australia (UWA), a obecnie prace zostały zakończone w ramach następujących instytucji: Instytut Chemii Fizycznej, Polska Akademia Nauk oraz University of Surrey, przy czym tylko jeden z autorów pozostał na UWA.
Komentarz fotografów: Jednym z kluczowych elementów opracowanych sond jest powierzchnia sferyczna powierzchnia wytworzona na końcówce włókna światłowodowego. Na zdjęciach wykorzystaliśmy możliwości obrazowania takich elementów sferycznych (szklana kula).
Cytowana publikacja: K. Karnowski, G. Untracht, M. Hackmann, O. Cetinkaya and D. Sampson, „Superior Imaging Performance of All-Fiber, Two-Focusing-Element Microendoscopes,” in IEEE Photonics Journal, vol. 14, no. 5, pp. 1-10, Oct. 2022, Art no. 7152210, doi: 10.1109/JPHOT.2022.3203219.
Photo: Karol Karnowski
Źródła finansowania:
Narodowa Agencja Wymiany Akademickiej (NAWA) w ramach programu Polskie Powroty
Dnia 23 września 2022 r. nasz ośrodek odwiedził prof. Marco Ruggeri z Bascom Palmer Eye Institute. Obszar jego specjalizacji obejmuje instrumentarium i technologie obrazowania ilościowego do zastosowań diagnostycznych i chirurgicznych w okulistyce. Mając podpisany list intencyjny z Bascom Palmer Eye Institute, omówiliśmy potencjalną współpracę szukając wspólnych projektów do realizacji, szczególnie w zakresie procedur okulistycznych. Nasi naukowcy dr Andrea Curatolo, dr Karol Karnowski, dr Sławomir Tomczewski i mgr Marcin Marzejon oprowadzili prof. Ruggeriego po laboratoriach i omówili aktualne badania. Prof. Wojtkowski spotkał się również z gościem, aby porozmawiać o przyszłych projektach. Podczas wizyty prof. Ruggeri udzielił wywiadu naszemu działowi komunikacji i PR na temat popularyzacji i rozpowszechniania nauki w Stanach Zjednoczonych oraz podzielił się swoim stanowiskiem dotyczącym promowania badań i docierania do jak najszerszego grona odbiorców z wiedzą ekspercką w dziedzinie zdrowia oczu i nowych technologii okulistycznych.
Wywiad z prof. Marco Ruggeri
Proszę powiedzieć, jak Pana specjalizacja przekłada się na poprawę stanu wiedzy specjalistycznej i doskonałości w badaniach nad wzrokiem.
Pracuję w obrębie kilku nisz. Po pierwsze, chcemy poprawić widzenie w starszym wieku, aby ludzie mogli zachować jakość widzenia w późniejszym okresie życia. W pierwszej kolejności staramy się zrozumieć, dlaczego z wiekiem tracimy zdolność do skupiania wzroku na przedmiotach znajdujących się blisko, co jest stanem znanym jako prezbiopia. W tym celu badamy mechanikę akomodacji, która jest systemem automatycznego ustawiania ostrości ludzkiego oka. Jest to kluczowa część procesu, ponieważ jeśli nie wiemy, jak działa, nie będziemy w stanie go naprawić. Musimy dowiedzieć się, dlaczego tracimy tę zdolność z wiekiem, abyśmy mogli temu przeciwdziałać. Ponieważ moją specjalnością jest optyka i obrazowanie, sposób w jaki to robię polega na wizualizacji i analizie za pomocą naszej technologii obrazowania tego, co dzieje się wewnątrz oka w prawdziwym życiu, kiedy patrzymy na bliskie obiekty i jak to się zmienia z wiekiem. Używamy tej technologii również do oceny skuteczności istniejących procedur korygowania tego stanu, co jest ważne, ponieważ dostarcza informacji zwrotnej producentom, aby mogli poprawić swoje produkty.
Pracuję również nad technologią obrazowania służącą do wczesnego wykrywania chorób oczu, takich jak na przykład keratoconus. Jest to istotne, ponieważ dzięki naszej technologii klinicyści będą mogli działać wcześnie i zarządzać chorobą na czas, aby maksymalnie zachować wzrok u pacjentów. Ale to nie wszystko, ponieważ narzędzia, które opracowujemy, zapewniają również klinicystom sposób na zrozumienie, czy obecne terapie, które stosują, są skuteczne, czy też nie, co poprawia zarządzanie chorobą. Naszym celem, jako badaczy zajmujących się badaniami translacyjnymi, jest szybsze i skuteczniejsze wprowadzanie odkryć i technologii z zakresu nauk podstawowych do praktyki. Nasze centrum badań nad widzeniem jest do tego idealnym miejscem, ponieważ znajdujemy się dosłownie po drugiej stronie ulicy od szpitala Bascom Palmer Eye Institute, który jest jednym z największych w USA. Nasze podejście polega na rozmowie z klinicystami i określeniu, jakie są rzeczywiste potrzeby kliniczne, a następnie znalezieniu rozwiązania. Pytamy ich, jakie odkrycie naukowe byłoby przełomowe w dziedzinie okulistyki i ułatwiłoby im życie, a na ich opiniach warto się skupić.
Na przykład, nasz instytut organizuje ochody kliniczne (tzw. grand rounds) w każdy czwartek rano, gdzie okuliści konferują na temat złożonych przypadków klinicznych, które omawiają wymieniając różne podejścia do danej choroby lub urazu. To jeden z najlepszych sposobów na zrozumienie, jakie są potrzeby kliniczne. Po prostu idziesz tam, słuchasz, patrzysz na to, co robią, zachowujesz ciszę, robisz notatki, masz pomysły i rozmawiasz z nimi. Robię to od lat i do tej pory znam większość okulistów w moim szpitalu całkiem dobrze. Niektórzy z tych klinicystów w końcu stali się przyjaciółmi. Piszę do nich SMS-y, gdy potrzebuję ich opinii na temat projektu badawczego, a oni piszą do mnie, gdy mają nową potrzebę kliniczną. Zdaję sobie sprawę, że może to nie być konwencjonalny sposób ustalania priorytetów naukowych, ale dla mnie okazał się on niezwykle skuteczny. I ma dodatkową korzyść, jest to doskonała forma rozpowszechniania mojej pracy naukowej. Wysyłam też okulistom moje publikacje, prezentacje mojej pracy naukowej, dzielę się z nimi wiedzą, którą zgłębiam przede wszystkim kierowany oddolną potrzebą kliniczną.
Podsumowując cykl życia mojej pracy, najpierw przyglądam się potrzebie klinicznej, a gdy zidentyfikuję sensowny projekt, staram się o środki na jego realizację. Odbywa się to poprzez przygotowanie wniosku o dotację wraz z klinicystą. Od złożenia wniosku do uzyskania wielomilionowego grantu z jednostek federalnych, takich jak Narodowy Instytut Zdrowia, mijają lata, dlatego ważne jest, aby być zdyscyplinowanym i działać wcześnie. Po otrzymaniu finansowania prowadzę wspólne badania z okulistami, a ścieżka jest zwykle taka sama, opracowujemy oprzyrządowanie i metody, przechodzimy do badań klinicznych na pacjentach i sprawdzamy, jak może to wpłynąć na praktykę kliniczną. Ostatecznym celem jest korzyść dla opieki nad oczami pacjentów, więc kiedy osiągamy koniec projektu badawczego i technologia jest opracowana, zaczynamy zwracać się do firm, aby zobaczyć, czy są chętni do komercjalizacji naszej technologii i doprowadzenia jej do skutku dla pacjentów.
Jak rozpoczęła się Pana przygoda z obrazowaniem optycznym i dlaczego wybrał Pan właśnie tę dziedzinę?
Najpierw zaczęło się od oka, jeszcze przed obrazowaniem optycznym. Oko jest bardzo fascynującą częścią ciała pod wieloma względami. Obejmuje funkcje mechaniczne i optyczne, przekształca światło w sygnały elektryczne, które wędrują do mózgu i mogą być wykorzystywane jako okno na resztę ciała. Zaangażowałem się w badania nad oczami we Włoszech podczas mojego projektu pracy magisterskiej z inżynierii elektrycznej – rozwoju optycznego czujnika do monitorowania stężenia glukozy w oku jako potencjalnego środka oceny stężenia glukozy we krwi. Zamiast wykrywać stężenie glukozy we krwi, celem było nieinwazyjne zmierzenie go przez przednią komorę oka za pomocą techniki optycznej zwanej polarymetrią. W ten sposób zainteresowałem się badaniami oka, choć wtedy nie było to jeszcze obrazowanie. Po ukończeniu studiów szukałem możliwości pracy za granicą w zakresie technologii pomiarowych stosowanych w badaniach oka. Znalazłem wtedy stanowisko research associate w zespole w Bascom Palmer Eye Institute opracowującym jedno z pierwszych wdrożeń wysokorozdzielczego obrazowania OCT do badania siatkówki człowieka i siatkówki małych zwierzęcych modeli chorób tego organu. To właśnie w tym czasie zapoznałem się z pionierskimi pracami prof. Wojtkowskiego nad obrazowaniem OCT w domenie spektralnej. W 2022 r. mija siedemnasty rok mojej pracy w Bascom Palmer Eye Institute.
Czy pacjenci w USA mają świadomość, że dokładniejsze metody obrazowania oczu prowadzą do skuteczniejszych terapii chorób oczu?
Z mojego doświadczenia wynika, że niewystarczająco.
W jaki sposób upowszechnia Pan wyniki swoich badań i publikacje?
Uczestniczyłem w National Alliance for Eye and Vision Research, organizacji promującej rzecznictwo i edukację publiczną w zakresie badań nad okiem i widzeniem sponsorowanych przez National Institute of Health i inne agencje federalne w USA. Każdego roku wybierają kilku badaczy w dziedzinie widzenia i szkolą ich, aby edukować ustawodawców z Kongresu, media i konsumentów na temat wartości badań nad oczami i wzroku. Na przykład spotkaliśmy się z decydentami rządowymi i wyjaśniliśmy znaczenie przeznaczania pieniędzy podatników na badania nad wzrokiem, a także przekonywaliśmy ich do promowania większego finansowania badań nad wzrokiem w następnym projekcie ustawy. W dłuższej perspektywie pozwoli to zaoszczędzić pieniądze podatników, ponieważ finansowane badania zostaną wydane na poprawę opieki zdrowotnej.
Obrazowanie OCT jest doskonałym przykładem tego, jak technologia może prowadzić do znacznych oszczędności środków publicznych, z szacunkowym ponad 10 miliardów dolarów redukcji wydatków w ciągu ostatnich 15 lat. Oszczędności są wynikiem tego, że klinicyści są w stanie zapewnić bardziej spersonalizowaną opiekę nad oczami poprzez wykorzystanie OCT do podjęcia decyzji, kiedy zastrzyk na receptę jest potrzebny w leczeniu niektórych form zwyrodnienia plamki żółtej. Dzięki OCT, proces ten został zoptymalizowany poprzez zmniejszenie liczby potrzebnych zastrzyków, jak również komplikacji i dyskomfortu pacjentów.
Jeśli chodzi o ogół społeczeństwa, nie ma zbyt wielu kanałów rozpowszechniania naszych badań i podkreślania ich znaczenia, ale w przypadku popularyzacji nauki, staram się używać tego samego prostego języka i przekazu, co w przypadku decydentów, pokazując korzyści z badań stosowanych w okulistyce. Pracując w szpitalu, mam świetną okazję tłumaczyć to bezpośrednio pacjentom, gdy biorą udział w naszych badaniach klinicznych. Inne kanały dotarcia do szerszej publiczności to media społecznościowe, takie jak Instagram, LinkedIn, Facebook.
Proszę opowiedzieć o działaniach Bascom Palmer Eye Institute ukierunkowanych na promocję badań i nauki o oczach.
Nasz dział komunikacji i marketingu regularnie wydaje magazyn o nazwie „Images”, który skupia się na postępach medycznych i naukowych w naszej instytucji. Można tam na przykład przeczytać, jak nasi lekarze i naukowcy prowadzą walkę ze zwyrodnieniem plamki żółtej i jak pomagamy niemowlętom widzieć. Nawiązaliśmy również współpracę z lokalnym muzeum nauki w Miami, gdzie naukowcy i klinicyści z naszej instytucji organizują wieczorne seminaria, aby edukować społeczeństwo w zakresie naszych badań. Poza tym Bascom Palmer ma oficjalne kanały również na mediach społecznościowych, a my jesteśmy zachęcani przez dział komunikacji i PR do współpracy, aby promować naszą pracę bezpośrednio na profilach naszej instytucji.
Jaka jest Pana zdaniem najlepsza formuła przybliżenia szerszej publiczności znaczenia i istoty pracy naukowca zajmującego się badaniami oczu?
Na ogół naukowcom bardziej odpowiadają konwencjonalne i formalne sposoby upowszechniania badań, takie jak publikacje na łamach czasopism naukowych, seminaria i prezentacje na konferencjach. Chociaż jest to kluczowe dla przekazywania korzyści z naszych badań innym badaczom i profesjonalnym praktykom, ma ograniczony zasięg dla szerszej społeczności. Nowsze pokolenie naukowców generalnie wykonuje lepszą pracę w zakresie promowania znaczenia ich badań na nieformalnych kanałach, takich jak platforma mediów społecznościowych. Posiadanie działu marketingu jest doskonałym narzędziem do informowania społeczeństwa o wynikach badań. Jak już wcześniej wyjaśniłem, pomocny jest bezpośredni kontakt z pacjentami. Wizyty w szkołach są również dobrym sposobem na wprowadzenie młodych ludzi do nauki i przyzwyczajenie ich do znaczenia badań naukowych. Artykuły popularnonaukowe mogą być również publikowane w prasie głównego nurtu lub można w celu popularyzatorskim organizować imprezy z lokalnymi muzeami.
Czy zauważa Pan jakieś różnice w amerykańskim i europejskim podejściu do PR-u nauki, a jeśli tak, to jakie?
Europejczycy włożyli wiele wysiłku w promocję swoich badań, obserwujemy na przykład, że naukowcy są zachęcani do posiadania własnych stron internetowych laboratoriów czy kont na social mediach. W USA promocją pracy naukowców zajmują się zwykle uniwersyteckie działy komunikacji. W Europie również funkcjonują świetne mechanizmy promocyjne, np. przy otrzymaniu grantu zachęca się do reklamowania swoich badań np. na koncie na Twitterze. W USA pracuje dla nas specjalny dział marketingu, oni zawsze szukają nowości, ale nie jesteśmy naciskani i tylko od nas zależy, jak bardzo wykorzystamy ich zasoby, by dać się poznać szerszej publiczności.
Chcielibyśmy poznać Pana najważniejszy cel zawodowy w służbie społeczeństwu.
Generowanie rozwiązań mających na celu poprawę opieki nad oczami. Nadrzędnym sensem mojej pracy jest przynoszenie poprawy widzenia pacjentów, najlepiej przechodząc od badań do technologii komercyjnej. Moim marzeniem jest, aby pewnego dnia ludzie w potrzebie mogli korzystać z opracowanej przeze mnie technologii.
Proszę podzielić się swoimi wrażeniami z Polski i z dotychczasowej współpracy z polskimi naukowcami.
Po raz pierwszy odwiedziłem Polskę we wrześniu tego roku. Moje wrażenie jest takie, że polski rząd inwestuje znaczne ilości zasobów i pieniędzy w badania naukowe. Widzę, że jednostki naukowe mają dostęp do wielu grantów i innych źródeł finansowania badań. Najnowocześniejsze technologie opracowywane przez Państwa centrum i inne instytucje sugerują, że poziom edukacji jest w Polsce bardzo zaawansowany. Biorąc udział w różnych konferencjach, na których spotykałem polskich naukowców, mogę potwierdzić, że nigdy nie zawiedli oni w prezentowaniu badań na najwyższym poziomie. Ponadto, jesteście bardzo otwarci i cenicie sobie współpracę. Mocno wierzę we współpracę między naukowcami i uważam, że globalne badania powinny ewoluować w kierunku międzynarodowej i interdyscyplinarnej współpracy, aby zjednoczyć siły i stać się komplementarnymi w tym, co robimy. To jest właśnie siła dzisiejszej nauki, którą umożliwiają nowoczesne technologie i narzędzia komunikacji.
Bardzo dziękuję za rozmowę i za wizytę w ICTER, profesorze Marco Ruggeri. Cieszymy się na współpracę z Panem i nie możemy się doczekać rozpoczęcia wspólnych projektów naukowych.
Od lewej do prawej: dr Andrea Curatolo, prof. Marco Ruggeri i prof. Maciej Wojtkowski.
Zdjęcie: dr Karol Karnowski.
Wywiad przeprowadziła Manager ds. Komunikacji i PR, dr Anna Przybyło-Józefowicz.
Manage Cookie Consent
We use cookies to optimize our website and our service.
Functional
Zawsze aktywne
The technical storage or access is strictly necessary for the legitimate purpose of enabling the use of a specific service explicitly requested by the subscriber or user, or for the sole purpose of carrying out the transmission of a communication over an electronic communications network.
Preferences
The technical storage or access is necessary for the legitimate purpose of storing preferences that are not requested by the subscriber or user.
Statistics
The technical storage or access that is used exclusively for statistical purposes.The technical storage or access that is used exclusively for anonymous statistical purposes. Without a subpoena, voluntary compliance on the part of your Internet Service Provider, or additional records from a third party, information stored or retrieved for this purpose alone cannot usually be used to identify you.
Marketing
The technical storage or access is required to create user profiles to send advertising, or to track the user on a website or across several websites for similar marketing purposes.
27.03.2023 
