09.05.2023

Wizyta Dyrektora Optica na Europę – dr Clausa Rolla w ICTER

Dnia 9 maja 2023 r. gościliśmy w ICTER Dyrektora Optica na Europę – dr Clausa Rolla. Była to wspaniała okazja, aby podzielić się z nim osiągnięciami ICTER oraz opowiedzieć szczegółowo o prowadzonych przez nas projektach. Najpierw, podczas początkowej prezentacji dr Andrea Curatolo przedstawił ogólne cele i zakres działania centrum ICTER, opowiedział także ogólnie o pracach badawczych prowadzonych w grupach IDoc i POB. Szczegółowe omówienie prowadzonych projektów miało miejsce podczas zwiedzania laboratoriów. O swoich badaniach dotyczących STOC-T opowiedzieli wtedy Piotr Węgrzyn, Wiktor Kulesza i Maciej Wielgo. Klaudia Nowacka przedstawiła wyniki swoich prac w temacie Dynamicznego rozpraszania światła (DLS) i metodzie Pi-NIRS.Jadwiga Milkiewicz i Karol Karnowski opowiedzieli o skonstruowanym przez siebie (w ramach projektu Imcustomeye) urządzeniu do badania biomechaniki rogówki. Następnie znowu Karol Karnowski razem z Krzysztofem Gromada przedstawili konstruowaną przez nich platformę mikrochirurgii ocznej wspomaganej obrazem. Na koniec Marcin Marzejon przedstawił konstruowane w ICTER systemy fluorescencji wzbudzonej dwoma fotonami dla myszy i ludzi.

W czasie swojej wizyty Dr Claus Roll przedstawił nam najważniejsze obszary działalności OPTICA. Jednym z nich jest działalność Fundacji Optica, której jednym z głównych celów, jak wspomniał dr Roll, jest inspirowanie, wspieranie i mentorowanie studentów i początkujących profesjonalistów, którzy będą przyszłymi twórcami zmian w optyce i fotonice.

Dyrektor Optica szczegółowo przedstawił ofertę stypendiów, staży, grantów i innych działań skierowanych na rozwój kariery młodych ludzi. Szczególnie interesująca dla społeczności ICTER warta uwagi jest oferta stypendialna, którą oferuje OPTICA, m.in. Stypendium Chang Pivoting, w ramach którego osoby mogą ubiegać się o nieograniczone fundusze na realizację nowej pasji związanej z optyką i fotoniką albo Deutsch Fellowship – stypendium realizowane w ramach współpracy z Wellman Center for Photomedicine at Massachusetts General Hospital.

Spotkanie było także okazją do porozmawiania o konferencji CRATER, którą ICTER organizujemy na początku września 2023.

***

Text: dr Katarzyna Wybrańska – Koordynatorka grupy IDoc.

Zdjęcia: dr Karol Karnowski.

27.03.2023

Weź udział w międzynarodowej konferencji CRATER! 7-8 września 2023, Warszawa

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.

Konferencji przewodniczyć będą: Andrew Dick (Institute of Ophthalmology University College of London, UK), Krzysztof Palczewski (University of Irvine, USA) oraz Maciej Wojtkowski (International Centre for Translational Eye Research, Poland). Ich pracę wspiera Międzynarodowy Komitet Naukowy składający się z osobistości środowiska naukowego zajmującego się badaniami nad oczami: Pablo Artal, Chris Dainty, Francesca Fanelli, Arie Gruzman, Alison Hardcastle, Karl-Wilhelm Koch, Serge Picaud oraz Olaf Strauss.

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 13 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.

21.03.2023

Wywiad z dr n. med. Anną M. Ambroziak – Dyrektor Naukową Centrum Okulistycznego Świat Oka

Dr n. med. Anna Ambroziak jest specjalistką chorób oczu, adiunktem na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego i członkiem Polskiego Towarzystwa Okulistycznego (PTO) i Stowarzyszenia Chirurgów Okulistów Polskich (SCOP). Dr n. med. A. M. Ambroziak jest przedstawicielką Polski w Europejskim Stowarzyszeniu Kontaktologicznym Lekarzy Okulistów (ECLSO) oraz wykładowcą na Europejskich Studiach Optyki Okularowej i Optometrii. Jest również redaktorką stanowiska Polskiej Grupy Ekspertów Akademii Powierzchni Oka.

Dr n. med. Anna M. Ambroziak posiada 27 letnie doświadczenie zawodowe, na swoim koncie ma ponad 200 publikacji. Propaguje ideę współpracy interdyscyplinarnej i wyznaje filozofię holistycznego podejścia do pacjenta. Pod jej kierownictwem Centrum Okulistyczne Świat Oka zdobyło nagrodę Ambasadora Zdrowia za wiedzę, doświadczenie i poprawę jakości życia pacjentów. 

Na podstawie badań klinicznych przeprowadzonych przez dr n. med. A. M. Ambroziak została zarejestrowana przez Amerykańską Agencję FDA soczewka terapeutyczna z lotrafilconu A. Laureatka głównej nagrody ECLSO “Kersley Lecture” oraz nagrody naukowej Rektora WUM.

Dr n. med. Anna M. Ambroziak

Prezentujemy wywiad z dr n. med. Anną Marią Ambroziak zrealizowany przez grupę Optyki Fizycznej i Biofotoniki

W ciągu ostatnich lat zauważa się rozwój współpracy okulistyki i optometrii w Polsce. ICTER zrzesza specjalistów z dziedzin optyki, optometrii, inżynierii, fizyki, biochemii, matematyki, aby tworzyć konkretne narzędzia i rozwiązania, które mogą przełożyć się na poprawę jakości opieki nad pacjentem. Jak, Pani zdaniem, współpraca osób związanych z nauką o widzeniu zmienia się w Polsce na przełomie ostatnich dekad? 

Na początek zatem trochę moich osobistych wspomnień, które nakreślą swoisty rys historii optometrii w Polsce. Czyli słów parę o tym jak w kraju nad Wisłą Optometria stała się fundamentem Okulistyki.

W roku ’98 jako członek Zarządu Sekcji Soczewek Kontaktowych Polskiego Towarzystwa Okulistycznego organizuję spotkanie, a kilka miesięcy później sympozjum kontaktologiczne. To nieco ponad rok po tym, gdy pierwszy rocznik absolwentów podyplomowej optometrii na Uniwersytecie Medycznym Im. K. Marcinkowskiego ukończył studia. Kolejne lata to kolejne konferencje. Wśród zaproszonych na sympozjum gości byli: optometryści, sławy światowej kontaktologii – m.in. Brian Holden, Lyndon Jones, Philip Morgan, Keith Edwards, Dwight Akerman, Brian Tompkins, Eric Papas oraz ja – młoda okulistka gotowa zmieniać świat. Od początku mojej pracy zawodowej zaangażowałam się w kształcenie i rozwój optometrystów. Od 2011 roku pracuję na Uniwersytecie Warszawskim, ponad 10 lat pełniłam funkcję zastępcy redaktora naczelnego czasopisma medycznego Kontaktologia i Optyka Okulistyczna. Brałam czynny udział w takich wydarzeniach jak np. wprowadzenie na polski rynek pierwszej na świecie soczewki silikonowo-hydrożelowej. Moja miłość do kontaktologii wybuchła nagle i przerodziła się w dojrzały, spełniony związek. Badania naukowe nad wpływem przedłużonego noszenia soczewek kontaktowych na powierzchnię oka stały się tematem mojej rozprawy doktorskiej obronionej z wyróżnieniem na WUM. Na podstawie badań klinicznych prowadzonych przeze mnie została zarejestrowana przez Amerykańską Agencję FDA soczewka terapeutyczna z lotrafilconu A.  Parafrazując klasyka warto było spojrzeć na taką mapę świata, która zawiera utopię. Dla mnie nie istniał dylemat, problem czy podział. Zarazem im więcej wiem, tym więcej zadaję pytań i tym radośniej dzielę się wiedzą. W tym naturalnym środowisku szeroko pojętej ochrony wzroku powinniśmy współpracować dla dobra nas i naszych pacjentów. Tu nie ma miejsca na podziały, jesteśmy jednym zgodnym, integralnym tworem i naturalnie współpracujemy ze sobą.  Dla mądrego naukowca drugi człowiek jest pretekstem do rozwoju i współpracy, a jeśli także rywalizacji to tylko pozytywnej i konstruktywnej. Lata pracy i tworzenia tego idealnego świata pozwoliły na wychowanie nowych pokoleń specjalistów, te nowe pokolenia pracują ze sobą i uczą się od siebie. Centrum Okulistyczne Świat Oka to placówka naukowo-badawcza z nowoczesnym zapleczem szkoleniowym, gdzie pod opieką specjalistów uczą się i pracują studenci optometrii i studenci medycyny, przeprowadzane są badania kliniczne leków i technologii oraz powstają prace i publikacje, w tym liczne dotyczące schematów postępowania oraz współpracy okulistyczno-optometrycznej. Zdecydowanie polecam ten model. Przed nami wiele do zrobienia, pamiętajmy jednak, iż zmienianie świata zawsze należy zaczynać od siebie. Wspieram rozwój Optometrii w Polsce od początku, pracuję jako adiunkt na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego. W akademickim środowisku warszawskim jako pierwszy okulista zaczęłam nauczać nowe pokolenia optometrystów – nauczanie młodych pokoleń na należytym poziomie powinno być celem nadrzędnym dla specjalistów ochrony wzroku. Realizuję rzeczywistość, w której na jednej płaszczyźnie współpracuje Okulista i Dyplomowany Optometrysta. Współpraca ta jest nie możliwa bez obecności ludzi nauki z dziedziny optyki, fizyki czy matematyki, biologii i chemii. Edukacja i Nauka są przyszłością nie tylko dla tego kraju, ale dla całego świata.

Jakie są najbardziej uciążliwe ograniczenia diagnostyczne i potrzeby nowoczesnego centrum okulistycznego? Gdyby Pani Doktor mogła „wyczarować” sprzęt marzeń, to co by diagnozował (lub jaką inną funkcję pełnił) i w jaki sposób?

Nasze łzy są ogromnym, nadal nieśmiało eksplorowanym, bogactwem wiedzy o naszych organizmach otwierającym przed nami nie tylko nasz genomics i to jest jeden z kierunków, o których marzę.

Nasze mózgi są królestwem, gdzie percepcja wydarza się i stwarza rzeczywistość a my potrafimy ją rozszerzyć wykorzystując sztuczną inteligencję i to kolejny istotny drogowskaz dla naukowczyń czarodziejek i naukowców czarodziei. 

Potęga teraźniejszości pokazuje zarazem ogromne potrzeby w zakresie kontroli progresji i rozwoju krótkowzroczności. Wiemy coraz więcej o skuteczności dostępnych rozwiązań i stawiamy na politerapie. Wiemy coraz więcej o nowych konstrukcjach optycznych soczewek okularowych i kontaktowych, o wieloletnich wynikach o partych na metaanalizach użytkowania i oceny klinicznej tych produktów. Zdecydowanie głośno mówimy o potrzebie pomiarów długości osiowej gałki ocznej, o konieczności kontroli i leczenia pre-miopii i o wpływie szerokości źrenicy na kontrolę rozwoju i progresji krótkowzroczności. Potęga teraźniejszości to również potęga kreacji, więc śledzimy co wnosi do praktyki w nauka. Dla przykładu: Przeszczepy embrionalnych ludzkich komórek macierzystych do nabłonka barwnikowego siatkówki (RPE) to teraźniejszość, która wydarza się na naszych oczach – obecnie w przypadkach zwyrodnienia plamki związanego z wiekiem, ale wkrótce również w makulopatii krótkowzrocznej. Cząsteczka M1 promuje regenerację aksonów komórek zwojowych siatkówki co oznacza potencjał przywrócenia aktywności neuronów docelowych a tym samym przywrócenie funkcji wzrokowych w przypadku zarówno makulopatii jak i neuropatii.

Czy sądzi Pani, że zapotrzebowanie na urządzenia i techniki do diagnostyki układu wzrokowego będzie w najbliższym czasie rosnąć? Dlaczego?

Wzrok jest najważniejszym zmysłem, podlega jednak szeregowi procesów inwolucyjnych oraz wpływowi czynników egzo- i endogennych. Wzrost zmiennej jaką jest długość życia sprawił, iż liczby szacunkowe w epidemiologii jednoznacznie wskazują na nadciągającą skalę wyzwania. Powracając do przykładu krótkowzroczności wiemy, że niebawem połowa ogólnej populacji świata będzie krótkowzroczna a tym samym wzrośnie liczba powikłań związanych z miopią, w tym najpoważniejszej i najgroźniejszej makulopatii w przebiegu krótkowzroczności, która nie wyklucza koincydencji zmian związanych z wiekiem. Profilaktyka oparta na nowoczesnej, powtarzalnej, minimalnie inwazyjnej i wysocespecyficznej diagnostyce to podstawa okulistyki. Poza pandemią miopii, często Ci sami pacjenci z powodu nadwagi i otyłości zasilają coraz liczniejszą grupę pacjentów obarczonych cukrzycą. W tej grupie wzrost liczby makulopatii jest również krytycznym wyzwaniem.

Teleporady już dzisiaj eksploatują analizy algorytmów i danych. Badania diagnostyczne i schematy terapeutyczne stają się bardziej precyzyjne, wykorzystywane są nowe nieznane dotychczas rozwiązania i materiały. Technologie wykorzystujące wirtualną rzeczywistość to już fundament naszej praktyki w terapii widzenia.

Sztuczna inteligencja w codziennej pracy specjalisty ochrony wzroku to już nie tylko monitorowanie zmian na dnie oka i znane nam programy do badań przesiewowych szczególnie zaawansowanych w profilaktyce zmian cukrzycowych. Pandemia przyniosła nam nowe wyzwania, nowe cele i nowe doświadczenia.

Dr n. med. Anna M. Ambroziak z pacjentem.

Czy są choroby oczu, których patogenezy jeszcze nie rozumiemy? Czy to są choroby, które często występują – dotykają wielu osób?

Jak już wspominałam czas SARS-COV-2 to przyspieszenie rozwoju wdrażania innowacji technologicznych i sztucznej inteligencji w medycynie. Dla nas ten czas to również skrzyżowanie pandemii krótkowzroczności, zespołu oka cukrzycowego i cyfrowego zmęczenia wzroku, przed nami liczne wyzwania.

Fundamentem Nauki i Człowieczeństwa jest rozwój i stawianie otwartych odpowiedzi.

Patogeneza większości schorzeń okulistycznych oparta jest na czynnikach ryzyka genetycznych i środowiskowych, przy czym przesunięcie znaczenia genotypu versus ekspresja fenotypowa pod wpływem przyczyn zewnętrznych i wewnętrznych danej jednostki zdecydowanie przesunęła się.

Jeżeli posłużymy się przykładem inteligencji, to jak powiadają moi „genetyczni mistrzowie” prof. Ewa Bartnik i prof. Wojciech Dragan, kiedy analizujemy całą populację (od noworodka do osoby najstarszej) poziom odziedziczalności inteligencji wynosi 50%, a różnice we wpływie genów na inteligencję zależą od aktywności środowiska.

Wariancje genetyczne i wariancje środowiskowe modyfikują nam nieustannie koktajle patogenetyczne. Jeśli analizujemy podłoże niemodyfikowalne i modyfikowalne to ostatnie dekady i lata, poza pozytywnymi aspektami jakimi jest np. wydłużenie naszego życia, a pamiętajmy, iż wiek jest podstawowym czynnikiem ryzyka chorób wszelakich, to takie czynniki ryzyka jak zmiana klimatu, zanieczyszczenie środowiska, zmiana warunków edukacji i pracy, modyfikacje żywności, powszechne spożywanie nadmiaru kalorii, szczególnie w postaci wysoko przetworzonych, dosładzanych produktów to obecnie krytyczne wyzwania zdrowotne, również dla narządu wzroku.

Psychika a szczególnie psychosomatyka mają również coraz szersze znaczenie.

Percepcja wzrokowa to kolejny poznawany i oswajany obszar.

W świecie sztucznej inteligencji brakuje nam nadal integralnego spojrzenia i aktualnie wszystkie technologie absolutnie wymagają rozumu i pokory oraz wiedzy człowieka. Już niebawem zabiegi chirurgii refrakcyjnej soczewki i rogówki będą zmierzały w kierunku modyfikacji rogówki i wszczepienia swoistych soczewek, które będą dostosowywały swoje właściwości optyczne do naszych wymagań wzrokowych, zmiennego oświetlenia, różnego kontrastu i dynamicznych odległości pracy wzrokowej. Mamy ogromny przywilej, że na naszych oczach odbył się tak ogromny skok technologiczny. Edukacja, dzięki nowym narzędziom a szczególnie wykorzystaniu świata metaverse, będzie również zdecydowanie przyjaźniejsza.

Przesunęliśmy granice wieku senioralnego i wiek 40-65 nazywamy dojrzałością a o starości coraz częściej mówimy dopiero po 80 r. ż.

Dojrzewamy, rozwijamy się, starzejemy, podlegamy zmianom inwolucyjnym i wielorakim czynnikom od dnia naszych narodzin a nawet już przez całe nasze życie płodowe. Dotyczy to wszystkich struktur oka, ale szczególnie istotnie siatkówki i soczewki, z którą to związane są procesy określane mianem starczowzroczności. Pamiętajmy, że to nie choroba, ale wiele schorzeń może przyśpieszać i intensyfikować ten proces.

Soczewka oka ludzkiego jest wewnątrzgałkową strukturą, której głównymi zadaniami są aktywny udział w akomodacji, załamywanie światła oraz utrzymywanie przejrzystości. Prawidłowa soczewka, poza życiem płodowym, pozbawiona jest naczyń krwionośnych oraz nerwów i jest całkowicie przezierna. Soczewka oka jest wyjątkową strukturą, a jej wzrost spowodowany jest dodawaniem nowych komórek wewnątrz otaczającej ją torebki. Nowe włókna ulegają zagęszczeniu i łączą się z tymi wcześniej wytworzonymi. Starsze komórki nie są wyrzucane ani usuwane, lecz umieszczane w jej centrum. Jest to konieczne do utrzymania metabolicznej żywotności kory zewnętrznej (a tym samym całego narządu) oraz do wytworzenia właściwości refrakcyjnych niezbędnych do ogniskowania obrazów na siatkówce i zmniejszenia aberracji sferycznej. Z wiekiem przynosi to jednak niepożądane skutki, w tym rozwój i postęp prezbiobii.

Starczowzroczność to nie wada refrakcji, to swoista niedyspozycja widzenia do bliży objawiająca się >40 r.ż. wynikająca z szeroko pojętych procesów inwolucyjnych. Spowodowana jest fizjologicznymi zmianami anatomicznymi i funkcjonalnymi zachodzącymi w soczewce wewnątrzgałkowej, a szczególnie jej torebce oraz czynnościowymi w aparacie więzadełkowym, skutkującymi zmniejszającą się amplitudą akomodacji, czyli obniżoną/ niewystarczającą zdolnością wyostrzania obrazu bliskich obiektów. Co ciekawe siła i praca mięśnia rzęskowego nie ulegają zaburzeniu, tym samym pełen skurcz i rozkurcz tego mięśnia indukuje adekwatne zmiany napięcia systemu więzadełkowego, a dopiero te siły spotykają się ze zmienioną podatnością torebki soczewki i samej soczewki na odpowiedź na dany bodziec akomodacyjny. Taki stan wymaga dodatku, czyli korekcji optycznej do bliży. Nie należy zwlekać z jej zaleceniem, gdyż odwlekanie może skutkować wywołaniem objawów astenopii oraz zaburzeniami widzenia obuocznego do bliży w przyszłości.

Podarujmy naszemu narządowi wzroku najlepszą możliwą korekcję, korzystajmy ze wszystkich możliwych rozwiązań. Nasz mózg lubi dostawać zadania, lubi się uczyć i jeśli go odpowiednio karmimy to przez długie lata pomoże nam wykorzystywać coraz to nowsze precyzyjniejsze, wyższej rozdzielczości metody korekcji, pod warunkiem, że zadbamy by plastyka naszego mózgu była zachowana.

Dr n. med. Anna M. Ambroziak rozmawia z ekspertką w ramach cyklu #PorozmawiajmyoWzroku w Centrum O. Świat Oka.

Czy możemy się ustrzec przed zwyrodnieniem siatkówki związanym z wiekiem? Co możemy zrobić w tym kierunku i czy zdaniem Pani Doktor taka wiedza jest ogólnie dostępna?

Podstawa okulistyki to profilaktyka i makulopatia związana z wiekiem jest tego klasycznym przykładem. Jeśli mamy dodatni wywiad rodzinny oraz inne poza wiekiem czynniki ryzyka takie jak między innymi: nikotynizm, miażdżyca, zaburzenia gospodarki węglowodanowo-lipidowej to nie zwlekajmy z badaniami przesiewowymi i wykonujemy je systematycznie. Zwyrodnienie plamki związane z wiekiem (age-related macular degeneration; AMD) to najczęstsza przyczyna tzw. ślepoty praktycznej w krajach rozwiniętych, która występuje najczęściej u osób po 50 roku życia. Uważa się, że częstość występowania AMD będzie się zwiększać w wyniku globalnego starzenia się populacji. AMD jest chorobą degeneracyjną, niszczącą siatkówkę w miejscu najistotniejszym dla procesu widzenia – plamce żółtej, najczęściej poprzez zanik nabłonka barwnikowego, choriokapilarów i fotoreceptorów oraz rozwój patologicznej neowaskularyzacji. Szczegółowo opisane mechanizmy patogenetyczne choroby stanowią pośrednio element odpowiedzialny za jej wczesną i prawidłową diagnostykę. Znajomość procesów zachodzących w starzejących się tkankach oraz złożone procesy wywołane czynnikami zewnętrznymi jak i uwarunkowaniami genetycznymi, pozwalają specjalistom różnicować powstające zmiany zwyrodnieniowe i klasyfikować je do poszczególnych etapów rozwoju choroby. Szereg czynników ryzyka, które dzielą się na modyfikowalne i niemodyfikowalne podlega analizie zarówno w celu oceny ryzyka wystąpienia schorzenia, jak i jego późniejszej progresji. Wciąż prowadzone badania dotyczące tych czynników skupiają uwagę specjalistów na możliwościach ich zastosowania w profilaktyce i terapii. Wywiad prowadzony w oparciu o te czynniki ryzyka pozwala uzyskać istotne informacje dotyczące ogólnego stanu zdrowia pacjenta oraz predyspozycji rozwinięcia się makulopatii. W diagnostyce AMD nie istnieje jeden sztywny schemat postępowania, ponieważ choroba ta nie jest jednorodna i charakteryzuje się bardzo szerokim spektrum objawów. Wśród opisanych metod diagnostycznych przeważają badania obrazowe, które można podzielić na inwazyjne – zaawansowane badania naczyniowe wykonywane przez okulistów, oraz badania nieinwazyjne – obrazujące zmiany zwyrodnieniowe, wykonywane przez oba zespoły specjalistów. Wczesne rozpoznanie zwyrodnienia plamki związanego z wiekiem stwarza możliwość zachowania prawidłowych funkcji wzrokowych pacjenta. Progresja nieleczonej choroby sprzyja powstawaniu objawów, których skutki są bezpowrotne.

AMD to przykład jednostki chorobowej w której spojrzenie holistyczne na cały organizm ma krytyczne znaczenie. Pacjent powinien zatem wziąć pełną odpowiedzialność za swoje zdrowie i zadbać o właściwą dietę oraz aktywność fizyczną i nie odkładać specjalisty na później. Edukacji brakuje w każdym wymiarze naszego dobrostanu fizycznego, psychicznego i społecznego.

Jedną z najpopularniejszych na świecie obrazowych technik diagnostycznych jest tomografia optyczna OCT. Najnowsze badania prowadzone w Międzynarodowym Centrum Badań Oka (ICTER) pod pieczą profesora Macieja Wojtkowskiego pozwoliły na rozwój ulepszonej metody zwanej przestrzenno-czasową tomografią optyczną (STOC-T) pozwalającej na obrazowanie siatkówki z zachowaną dużą rozdzielczością na dowolnych głębokościach w przekroju czołowym. Zastosowanie STOC-T do obrazowania siatkówki umożliwia rekonstrukcję morfologii czopków w ludzkim oku. Z Pani punktu widzenia, dlaczego obrazowanie siatkówki jest ważne? Dla jakich chorób kluczowe byłoby obrazowanie morfologii czopków? 

OCT jest szeroko wykorzystywaną technologią w okulistyce i umożliwia obrazowanie wszystkich struktur gałki ocznej, zarówno przedniego, jak i tylnego odcinka, ale największy dorobek badawczo-naukowy posiada w obrazowaniu siatkówki w obszarze centralnym, czyli plamkowym.

Obrazowanie morfologii czopków otwiera nam swoiste wrota do wieczności umożliwiając monitorowanie anatomiczne i czynnościowe fotoreceptorów odbierających bodźce wzrokowe a tym samym informuje pierwszych zmianach prowadzących do powstania i na długo wyprzedzających powstanie makulopatii. Dostarcza nam tym samym szeregu zmiennych służącej monitorowaniu i modyfikowaniu procesów percepcyjnych w tym szczególnie obiecujące perspektywy dotyczą detekcji zmian o charakterze demencji a tym samym precyzyjnej ocenie funkcji poznawczych i wykonawczych.

Kluczem do przyszłości jest wychwycenie stanu, w którym zmiany fizjologiczne jakie zachodzą w procesie starzenia się tkanek oka przekształcają się w patologie.

Dr. Anna M. Ambroziak

W przypadku diagnostyki chorób siatkówki istotne są nie tylko zmiany strukturalne, ale również funkcjonalne. Do grupy metod funkcjonalnych należy precyzyjny wariant badania pola widzenia – mikroperymetria. W ICTER rozwijana jest nowatorska metoda: mikroperymetria dwufotonowa, która wykorzystuje efekt widzenia dwufotonowego zachodzący przy oświetleniu siatkówki femtosekundowym impulsem laserowym z zakresu podczerwieni. Z fizyki wynika, że im dłuższa fala światła, tym słabiej się rozprasza w ośrodku. W związku z tym czy Pani zdaniem zastosowanie podczerwieni do funkcjonalnego badania wzroku może rozszerzyć stosowalność mikroperymetrii?

Absolutnie tak.

Zarówno w zakresie badań przesiewowych w grupach ryzyka i szeroko pojętej profilaktyki chorób plamki oraz standardach postępowania w krótkowzroczności i zaburzeniach glikemii/cukrzycy.

Kompleksowe działania diagnostyczne wykonywane przez okulistów i optometrystów są podstawą ich codziennej praktyki. Uzupełniające się badania wykonywane przez oba zespoły stanowią podstawę właściwego i wczesnego rozpoznania wielu chorób narządu wzroku i wdrożenia skutecznego leczenia. W diagnostyce chorób siatkówki zakres badań jest bardzo szeroki i obejmuje zarówno metody inwazyjne, jak i coraz chętniej wykonywane badania nieinwazyjne, które poszerzają standardy badań okulistyczno-optometrycznych.

Nasze badania pokazują, że mikroperymetria dwufotonowa charakteryzuje się lepszą powtarzalnością niż tradycyjna mikroperymetria. Czy Pani zdaniem to może mieć istotne znaczenie dla diagnostyki chorób oka albo śledzenia ich postępów?  Jeżeli tak, to w przypadku jakich chorób przede wszystkim?

Absolutnie tak.

Precyzyjna ocena progresji zmian w czasie oraz wysoka czułość i specyficzność parametrów perymetrii centralnej to największe wyzwanie aktualnej diagnostyki.

Każda z szerokiego spektrum jednostek w rodzinie makulopatii wymaga powtarzalności danych, ale zdecydowanie należy w tej grupie wyróżnić makulopatię w przebiegu krótkowzroczności.

Wróćmy do metod obrazowania pozostając przy efektach dwufotonowych: rozwijamy również dwufotonowy wariant fluorescencyjnej skaningowej oftalmoskopii laserowej. Standardowy oftalmoskop fluorescencyjny (SLO) wykorzystuje wiązkę z zakresu widzialnego, o długości fali zwykle ok. 480 nm (niebieską). Ta długość fali pozwala wzbudzić fluorescencję złogów lipofuscyn w nabłonku barwnikowym, ale nie pigmentów zaangażowanych w przemiany w cyklu wzrokowym, np. estrów retinylu. Są one wzbudzane krótszymi długościami fal, pochłanianymi w rogówce, więc niemożliwe jest ich wykrycie takim standardowym SLO. Dwufotonowy wariant tego urządzenia, który tworzymy w ICTER, pozwala obejść to ograniczenie. Czy sądzi Pani, że to może być interesujące narzędzie dla okulistów? 

Absolutnie tak po raz trzeci. Efekt dwufotonowy, podobnie jak w perymetrii zmienia totalnie perspektywę i podnosi poziom wiarygodności przeprowadzanych, badań co ma szczególne uzasadnienie w połączeniu z technologią SLO, gdyż umożliwia wykrywanie zmian na poziomie komórkowym w okresie poprzedzającym powstanie zmian funkcjonalnych, jakimi są zmiany perymetryczne.

Jakie są dostępne sposoby badania stożka rogówki? Jakie są ich ograniczenia? 

Po pierwsze: genetyka wkroczyła do diagnostyki.

Po drugie: obrazowanie daje nam nowej generacji narzędzia o coraz wyższej rozdzielczości i precyzji.

Stożek rogówki (Keratoconus, KC) to schorzenie obustronne, aczkolwiek asymetryczne, które polega na postępującym ścieńczeniu oraz uwypukleniu rogówki, prowadząc tym samym do powstawania nieregularnego astygmatyzmu. Stożek rogówki zwykle rozwija się w drugiej bądź trzeciej dekadzie życia. Schorzenie dotyczy wszystkich grup etnicznych i obu płci. Powszechność występowania oraz wskaźniki zapadalności na stożek rogówki mogą różnić się w zależności od położenia geograficznego oraz wieku występowania.

Około 73% (16 z 22) ludzkich chromosomów autosomalnych jest związanych ze stożkiem rogówki, a 59% z nich można uznać za wykazujące powiązania statystycznie istotne (8 z 63). Badania sugerują, że może to być choroba poligeniczna, co oznacza, że do rozwoju stożka rogówki wymagane są dwa lub więcej dotkniętych genów.

Stożek rogówki jest chorobą wieloczynnikową i że wiele czynników genetycznych wraz z innymi czynnikami zewnętrznymi wpływa na ekspresję fenotypową i jego rozwój.

A co wiemy z polskich badań, które prowadziłam prze wiele lat?  Czyli co wiemy o białku wiązanym z KC.

Białko ALDH3A1 jest ważne w utrzymaniu fizjologii rogówki i ochronie oka przed uszkodzeniem przez promieniowanie UV. Jednak żadne z badań asocjacyjnych całego genomu nie wykazało, że locus ALDH3A1 jest związany ze stożkiem rogówki. W niniejszym badaniu zbadaliśmy potencjalną rolę wariantów ALDH3A1 jako czynników ryzyka wystąpienia i nasilenia stożka rogówki w dużej grupie polskich pacjentów ze stożkiem rogówki. W pierwszym etapie przeanalizowaliśmy sekwencję regionu kodującego ALDH3A1 w podgrupie stożka rogówki. Następnie genotypowaliśmy trzy wybrane warianty ALDH3A1 w większej grupie pacjentów z KC (n=261) i zdrowych (n=317). Stwierdziliśmy, że mniejszy allel A rs1042183 jest czynnikiem ryzyka wystąpienia stożka rogówki w modelu dominującym Genotypy wariantu rs2228100 wydają się być związane z wcześniejszym wiekiem rozpoznania KC w populacji polskiej (p=0,055 dla porównania trzech genotypów i p=0,022 dla dominującego modelu dziedziczenia). Wykazaliśmy, że wariant rs1042183 w genie ALDH3A1 jest związany z predyspozycją do stożka rogówki w polskiej populacji. Częstość alleli wariantów ALDH3A1 związanych z KC różni się w różnych populacjach, co może być częściowo odpowiedzialne za różnicę w częstości występowania KC na całym świecie.

Wczesne badania, podczas których diagnozowano stożek rogówki, opierały się głównie na symptomach zauważalnych podczas skiaskopii, niestandardowych pomiarach keratometrii oraz subiektywnej ocenie objawów klinicznych. Kolejny parametr diagnostyczny to pachymetria, czyli ocena grubości rogówki. Używamy różnych technologii i pomiary opieramy na swoistych mapach.

Do czasu rozwoju techniki i pojawienia się możliwości diagnozowania stożka rogówki za pomocą topografii oraz optycznej koherencyjnej tomografii wysokiej rozdzielczości, informacji o krzywiźnie rogówki dostarczała keratometria.

Zarówno pachymetria, jak i keratometria jest istotnym elementem badania przeprowadzanego przez okulistę lub optometrystę. Uzyskane podczas badania autorefraktometrem pomiary, powinny być punktem wyjścia kompleksowej diagnostyki.

Optyczna koherencyjna tomografia to bezkontaktowa i nieinwazyjna metoda odbioru oraz następnie przetwarzania sygnału optycznego. Do obrazowania struktur przedniego odcinka oka wysokiej rozdzielczości stosuje się diody superluminescencyjne, które są źródłem niskoenergetycznego światła podczerwonego. Jest to urządzenie typu Swept Source (SS-OCT), które wykorzystuje źródło światła o dużej długości fali, o długości fali centralnej wynoszącej 1310 nm i ma prędkość 30 000 skanów osiowych na sekundę. Wykorzystanie światła o dużej długości fali, zmniejsza niepożądane rozproszenie, a to skutkuje większą zdolnością światła do penetracji struktur nieprzezroczystych tj. przez twardówkę bądź nieprzezierną rogówkę.

Aparat dokonując jakościowej analizy zebranych danych, formuje różne typy map tomograficznych i topograficznych przedniej powierzchni oka, urządzenie generuje raport szanujący procentowy wskaźnik podobieństwa rogówki badanego pacjenta do typowego modelu oka stożkowego (ESI – Ectasia Screening Interpreted). Przednia krzywizna rogówki oraz astygmatyzm przedni i tylny są istotnie podwyższone u osoby zdiagnozowanej w kierunku stożka rogówki, parametry te nie są szczególnie przydatne w różnicowaniu subklinicznego stożka rogówki od oczu zdrowych.

Kryteria nabłonkowe to obecnie aktualny trend diagnostyczny.

W codziennej praktyce podkreśla się nadal użyteczność pomiarów tylnej części rogówki, ponieważ zmiany w tylnej powierzchni rogówki mogą być jednym z pierwszych klinicznie wykrywalnych objawów stożka rogówki. Pomiarów tych nie można było dotychczas uzyskać od tradycyjnych topografów opartych na odbiciu, są one mierzone za pomocą obrazowania Scheimpfluga i optycznej tomografii koherencyjnej przedniego odcinka (AS OCT). Dzięki zestawieniu porównawczemu map topografii wykonanych na przestrzeni miesięcy i lat, generowana jest krzywa tendencji rozwoju tego schorzenia np. raport analizy trendu stożka (Trend Analysis), który jest kluczowym elementem oceny progresji zahamowania stożka rogówki. Ograniczeniem, a tym samym wyzwaniem diagnostycznym jest wykrywanie przepadków przedklinicznych (pre-KC).

Dr n. med. Anna M. Ambroziak i Centrum Świat Oka w Warszawie.

Jakie kierunki będą się rozwijać w perspektywie najbliższych 10 lat? Jakie największe wyzwania stoją przed naukowcami z dziedziny optyki, optometrii, okulistyki oraz kadrą lekarską specjalizującą się w diagnostyce i leczeniu schorzeń narządu wzroku?

Nowe rozwiązania optyczne i wykorzystanie sztucznej i rozszerzonej inteligencji to jeden z nurtów, równolegle coraz więcej wiemy o naszym mózgu i przekraczamy granice zdolności neuroregeneracji. Nadal jednak najczęstszą przyczyną obniżenia ostrości wzroku są nieskorygowane niemiarowości. Narząd wzroku pozwala na odbieranie bodźców z otaczającego świata. Wzrokowe włókna czuciowe mają największą reprezentację mózgową wśród naszych zmysłów, przekazywana dzięki nim informacja wymaga jednak bardzo precyzyjnego receptora. U ponad połowy dorosłych Europejczyków stwierdza się wady refrakcji (krótkowzroczność≤-0,50, nadwzroczność ≥+0,75, astygmatyzm ≥0,75). Każdy po 40 r. ż., niezależnie od rodzaju i poziomu niemiarowości potrzebuje addycji w bliży, czyli korekcji starczowzroczności. Nadal pomimo tak nowoczesnych narzędzi bardzo często wada wzroku nie jest korygowana lub jest korygowana jedynie częściowo. Według szacunkowych danych, co najmniej co druga osoba dorosła powinna stosować okulary lub soczewki kontaktowe lub inną formę korekcji, tak jednak nie jest. Fakt ten ma silne implikacje ekonomiczne, zarówno w aspekcie indywidualnym, jak i społecznym i jest potencjalną przyczyną spadku produktywności i jakości życia. Wskazuje na istotne różnice w ocenie większości funkcji – od ogólnej jakości widzenia aż po zdrowie psychiczne.

Większość z nas uważa, iż podstawowym objawem nieskorygowanej wady wzroku jest nieostre widzenie. Widzimy mózgiem. Mózg wybiera ostre obrazy, a oko dzięki zdolności akomodacji może wyostrzać obraz dostarczany impulsem. Tłumaczy to w niektórych przypadkach zdolność czytania mimo braku odpowiedniej korekcji.

Pacjent z nieskorygowaną wadą wzroku podświadomie wykorzystuje możliwość zminimalizowania dolegliwości związanych z nieostrym obrazem siatkówkowym i mruży oczy. Zawężenie szpary powiekowej powoduje ograniczenie dostępu promieni przebiegających pozaosiowo przez układ optyczny oka. Promienie świetlne, które dostają się do receptorów w siatkówce przy przymkniętych powiekach, biegną przyosiowo i w dużo mniejszym stopniu wpływają na rozmycie obrazu niż promienie pozaosiowe. Mrużąc oczy, osoba obarczona wadą refrakcji sprawia, że widziany przez nią obraz jest wyraźniejszy, ale nadal narażona jest na typowe objawy astenopii, czyli reakcji układu wzrokowego na wzmożony wysiłek wzrokowy wywołany nieskorygowaną wadą refrakcji, najczęściej nadwzrocznością i astygmatyzmem. Innymi przyczynami astenopii mogą być forie, czyli niezezowe zaburzenia widzenia obuocznego, zaburzenia konwergencji lub akomodacji.

W układzie wzrokowym człowieka funkcjonuje wiele mechanizmów niwelujących dolegliwości spowodowane wadami wzroku lub zaburzeniami układu wzrokowego, m.in. wergencja fuzyjna czy akomodacja. Mechanizmy te mogą ulec osłabieniu podczas choroby, w stresie czy w wyniku intensywnej pracy wzrokowej na bliskich odległościach.

Dolegliwości związane z nieskorygowaną lub niedokorygowaną wadą wzroku nie mają zazwyczaj charakteru nagłego i długo nie powodują oznak ocznych. Ich występowanie jest często odczytywane w kategoriach zaburzeń somatycznych objawiających się np. ogólnym zmęczeniem, rozdrażnieniem, zawrotami czy bólami głowy. Rozmawiajmy o tym z naszymi pacjentami. Odpowiednia optymalizacja obrazów siatkówkowych i mózgowych poszerza drzwi percepcji a tym samym przyszłe możliwości korekcji wewnątrzgałkowej i neuroadaptacji do nowoczesnych rozwiązań optycznych.

Dbajmy o psychikę i pomagajmy mózgowi doskonalić zmysły.

Moim marzeniem jest edukacja, edukacja nas specjalistów, edukacja naszych pacjentów, edukacja ich rodzin, edukacja urzędników i decydentów. Moim marzeniem jest, aby pacjenci mogli korzystać i mieli świadomość potrzeby profilaktyki. Wiem, że to brzmi jak utopia dla realistów, ale taka jest moja teraźniejszość i chcę się nią dzielić. To my kreujemy rzeczywistość! Jeśli zaczniemy od małych kroków, od małych rzeczy, od przykładów, od siebie i swojego podwórka i będziemy realizować ten idealny świat. Tak jak w Świecie Oka pokazaliśmy przestrzeń do wspólnej pracy specjalistów ochrony wzroku. Tylko tak zmienimy naszą rzeczywistość. Po pierwsze środowisko! Nasz zanieczyszczony świat to punkt wyjścia do autoagresji, a choroby z tego spektrum to nie tylko okulistyka i powierzchnia oka. Nasze skażone powietrze, woda i gleba oraz brak światła naturalnego dla naszych młodych ludzi, naszych dzieci i młodzieży to otyłość i nadwaga, to krótkowzroczność. Choroby te już teraz dotyczą połowy populacji młodych ludzi a ich liczba drastycznie wzrasta. Psychosomatyka to obecnie około 70-80% chorób, autoagresja podobnie. Liczba osób wymagających korekcji wad wzroku i terapii widzenia jest podobna a korzysta z niej tak niewielu, zdecydowanie mniej niż połowa. Większość rodziców (ponad 80 %) uważa, i to po naszej stronie tkwi błąd edukacyjny, że dzieci wymagają kontroli wzroku dopiero, gdy zaczną chodzić do szkoły. Wielu nadal nie rozumie, że podstawą jest pełne badanie Optometryczne i Okulistyczne i nie mówimy tu o żadnych wyjątkowych wysokich standardach. Co najmniej dwie godziny w naturalnym świetle i zmiany żywienia to podstawa holistycznego prowadzenia naszych pacjentów w każdym wieku. Cyfrowe zmęczenie wzroku wraz z zaburzeniami powierzchni oka, zaburzeniami konwergencji, akomodacji, z wadami wzroku. w tym pseudo-krótkowzrocznością wymagają po prostu uważności, świadomości tu i teraz, i chęci. Tu nie potrzebne są wyjątkowe rozwiązania i finanse. Naszym marzeniem na teraźniejszość jest abyśmy się badali i korygowali swoje niemiarowości. Będziemy wówczas mogli pozwolić odpocząć naszym zmęczonym i rozdrażnionym umysłom. Następny krok to nowoczesna diagnostyka i terapia schorzeń okulistycznych.

Programy badań przesiewowych narządu wzroku potrzebne są nadal zarówno w krajach rozwijających się jak i u nas w centrum Europy, gdzie profilaktyka w okulistyce wciąż nie wydarza się realnie.

———————————————————————————————————————————————————–

Opracowanie pytań: dr Marta Mikuła-Zdańkowska i mgr Oliwia Kaczkoś.

Edycja i nadzór merytoryczny: starszy badacz dr inż. Katarzyna Komar.

Wkład dodatkowy: mgr Anna Salamończyk.

GRUPA OPTYKI FIZYCZNEJ I BIOFOTONIKI POD KIEROWNICTWEM PROF. DR HAB. MACIEJA WOJTKOWSKIEGO, ICTER.

04.01.2023

Siatkówka i naczyniówka bez sekretów. Tomografia STOC pozwala na znacznie więcej, niż sobie wymarzyliśmy – nowa publikacja w iScience prof. M. Wojtkowskiego et al.

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.

Autor notki prasowej: Marcin Powęska

Cytowana publikacja:

Magazyn: iScience VOLUME 25, ISSUE 12, tytuł: “Spatio-temporal optical coherence tomography provides full thickness imaging of the chorioretinal complex”, autorzy: Egidijus Auksorius, Dawid Borycki, Piotr Wegrzyn, Bartosz L. Sikorski, Kamil Lizewski, Ieva Zickiene, Mounika Rapolu, Karolis Adomavicius, Slawomir Tomczewski, Maciej Wojtkowski. DOI: https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.105513.

03.01.2023

Nowy sposób monitorowania przepływu krwi w mózgu. Technika πNIRS może zrewolucjonizować diagnostykę medyczną – publikacja w Biomed dr Dawida Boryckiego et al.

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.

Autor notki prasowej: Marcin Powęska

Zdjęcia: dr Karol Karnowski

Komentarz do zdjęć:

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

02.01.2023

Jak Data science pomaga szukać skuteczniejszych terapii antynowotworowych – wywiad z dr Marcinem Tabaka dla „Data Science robię”

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).

Zapraszamy do lektury wywiadu: Data science pomaga szukać skuteczniejszych terapii antynowotworowych (datasciencerobie.pl).

23.11.2022

Oczy dobrze ubrane. O najnowszych modowych trendach w optyce okularowej rozmawiamy z właścicielem salonu optycznego Studio Optyk, Jarosławem Bugajem

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 Wołominie przeprowadziła Joanna Kartasiewicz, Research Funding Manager.

Specjalne podziękowania dla firmy Szajna za możliwość przetestowania ich urządzenia diagnostycznego wykorzystującego technologię VR.

26.10.2022

Jak ulepszyć mikroendoskopy? Nowa konstrukcja budzi nadzieje na poprawę obrazowania biomedycznego – artykuł w IEEE Photonics Journal autorstwa dr Karola Karnowskiego   

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.

Autor notki prasowej: Marcin Powęska

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.

Zdjęcia: dr Karol Karnowski i mgr inż. Bartłomiej A. Bałamut

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
  • University of Western Australia IPRS 
  • Rank Prize Covid Fund
  • Australian Research Council 
  • University of Surrey
DOI Number: