04.01.2023 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.
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.
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.
