24.03.2023

Wielopunktowe pomiary deformacji rogówki indukowane impulsem powietrza (projekt IMCUSTOMEYE)

Projekt IMCUSTOMEYE obejmuje współpracę 10 partnerów, zarówno akademickich, jak i przemysłowych, która rozpoczęła się w 2018 roku. Od pierwszego dnia, jako konsorcjum, skupiamy się na opracowaniu nowych, nieinwazyjnych, opartych na obrazowaniu metod, które zmienią paradygmat w diagnostyce i leczeniu różnych chorób oczu.

Naukowcy z grupy POB, mieli za zadanie skonstruować urządzenie do pomiaru dynamicznej deformacji rogówki [publikacje 1-4], które będzie kompaktowe, niedrogie oraz oferowało pomiar 3D in vivo. Jak to w życiu, a zwłaszcza w fizyce bywa, musieliśmy pójść na pewne kompromisy w stosunku do konstruowanego prototypu. Nawet jeśli możliwe jest pełne trójwymiarowe obrazowanie procesu deformacji rogówki trwającego zaledwie 20 ms, wymagałoby to znacznej komplikacji układu pomiarowego i generowało nieakceptowalne koszty. Zaproponowaliśmy rozwiązanie pośrednie polegające na jednoczesnym pomiarze w wielu punktach na rogówce, w tym w centrum rogówki oraz 4 parach punktów rozmieszczonych naprzeciwko siebie wzdłuż 4 kierunków (poziomego, pionowego i odpowiadających im kierunków obróconych o 45 stopni – zwiększając tym samym liczbę analizowanych kierunków w stosunku do naszego wcześniejszego rozwiązania [publikacja 5]). Takie podejście pozwoliło na przygotowanie prototypowego, kompaktowego systemu, który można umieścić w klinice okulistycznej. Ponadto, wstępnie zweryfikowaliśmy możliwość zarówno dalszej miniaturyzacji systemu, jak i potencjał znacznego obniżenia kosztów wytwarzania.

Prototyp kliniczny

Nasz prototyp kliniczny nie tylko przetrwał ponad 300-kilometrową podróż do kliniki w Bydgoszczy, ale także zmierzył do tej pory ponad 100 oczu. Warto podkreślić, że prototyp został przygotowany w taki sposób, aby z powodzeniem mógł być obsługiwany przez personel kliniki okulistycznej, zarówno pod kątem oprogramowania jak i samej konstrukcji układu.

Aby przeanalizować dane, dla każdej plamki wyodrębniamy czasową deformację rogówki. Asymetria biomechaniczna może być oceniona poprzez porównanie przeciwległych plamek. Aby zapewnić bardziej intuicyjną prezentację wyników, wprowadziliśmy „wektor asymetrii”, który można wykreślić dla dowolnego parametru deformacji (np. amplitudy przemieszczeń, obszaru deformacji, nachylenia deformacji). Dla każdej pary przeciwległych punktów tworzymy wektor wskazujący na punkt o większej wartości wybranego parametru o wielkości określonej przez różnice wartości dla obu punktów w parze.

Proces analizy danych

Mając wektory dla wszystkich 4 par punktów możemy obliczyć ogólny wektor, aby pokazać globalny efekt. Podejście to zostało już zastosowane do niektórych z naszych pierwszych danych klinicznych, aby pokazać różnice w asymetrii biomechanicznej pomiędzy rogówkami zdrowymi i tymi z rozwijającym się stożkiem rogówki (przedstawione tutaj dla amplitudy i obszaru przemieszczenia).

Wczesne wyniki kliniczne

Tekst: dr Karol Karnowski

Zespół:

dr Karol Karnowski

mgr Jadwiga Milkiewicz

inż. Angela Pachacz

inż. Onur Cetinkaya

inż. Rafał Pietruch

dr Andrea Curatolo

prof. Maciej Wojtkowski

Publikacje:

  1. D. Alonso-Caneiro, K. Karnowski, B. Kaluzny, A. Kowalczyk, and M. Wojtkowski, “Assessment of corneal dynamics with high-speed swept source Optical Coherence Tomography combined with an air puff system”, Optics Express, Vol. 19, Issue 15, pp. 14188-14199 (2011)
  2. S. Marcos, C. Dorronsoro, K. Karnowski, M. Wojtkowski, „Corneal biomechanics From Theory to Practice: OCT with air puff stimulus”, Kugler Publications 2016, edited by C.J. Roberts, J. Liu
  3. K. Karnowski, E. Maczynska, M. Nowakowski, B. Kaluzny, I. Grulkowski, M. Wojtkowski, “Impact of diurnal IOP variations on the dynamic corneal hysteresis measured with air-puff swept-source OCT”, Photonics Letters of Poland, (2018)
  4. E. Maczynska, K. Karnowski, K. Szulzycki, M. Malinowska, H. Dolezyczek, A. Cichanski, M. Wojtkowski, B. Kaluzny and I. Grulkowski, “Assessment of the influence of viscoelasticity of cornea in animal ex vivo model using air-puff optical coherence tomography and corneal hysteresis”, J Biophotonics, 2019; 12:e201800154 (2019)
  5. A. Curatolo, J. S. Birkenfeld, E. Martinez-Enriquez, J. A. Germann, G. Muralidharan, J. Palací, D. Pascual, A. Eliasy, A. Abass, J. Solarski, K. Karnowski, Maciej Wojtkowski, Ahmed Elsheikh, and Susana Marcos, „Multi-meridian corneal imaging of air-puff induced deformation for improved detection of biomechanical abnormalities,” Biomed. Opt. Express 11, 6337-6355 (2020)