Över hela världen lider så många som 285 miljoner människor av allvarliga ögonsjukdomar eller blindhet. Tyvärr har de flesta av dem inte tillgång till moderna behandlingsmetoder, så hjälpen kommer ofta för sent. Denna situation kan förändras med tillkomsten av en mycket betydande förbättring av ett diagnostiskt verktyg som har använts i tre decennier för att detektera okulär patologi—Optical Coherence Tomography (OCT).

OCT är ett av de mest grundläggande och noggranna testerna som används vid diagnos av ögonsjukdomar. Det möjliggör en detaljerad vy av individuella ögonstrukturer och möjliggör således upptäckt av makulära sjukdomar, diabetesförändringar i näthinnan, glaukom, ögontumörer och många andra störningar. Tyvärr är OCT-metoden bristfällig, eftersom naturligt förekommande brus under ögonundersökningen minskar noggrannheten i avbildningen. Ett team av forskare vid International Centre for Translational Eye Research (ICTER) försökte åtgärda detta problem och revolutionerade OCT-metoden genom att introducera spatio-temporal OCT Tomography (STOC-T).

Forskningen utfördes av Dr. Edgidijus Auksorius, Dr. David Borycki, Piotr Węgrzyn och Prof. Maciej Wojtkowski vid ICTER, och resultaten publicerades i tidskriften Optics Letters i en rapport med titeln "Multimodfiber som ett verktyg för att minska överhörning i Fourier-domän fullfälts optisk koherenstomografi".

Hur fungerar ULT-provet?

På grund av sin höga upplösning är OCT-metoden en av de mest använda oftalmologiska undersökningarna. Det är helt smärtfritt och säkert - det finns inga medicinska kontraindikationer för dess användning (undersökningen kan utföras även med gravida kvinnor). OCT fungerar bäst vid diagnos av ögonsjukdomar som progressiv glaukom, diabetisk retinopati eller åldersrelaterad makuladegeneration (AMD), som är de vanligaste orsakerna till central synförlust hos äldre människor. Till exempel, i de tidiga stadierna av AMD, är enstaka avlagringar eller kluster av pigment och subtila atrofiska förändringar synliga på fundus via OCT; med utvecklingen av diabetes observeras förändringar i näthinnans mikrovaskulära struktur på OCT-bilder. Själva OCT-undersökningen tar några minuter. Patienten sitter framför en speciell apparat och måste fokusera på en punkt som anges av läkaren, vilket begränsar blinkningen. Mäthuvudet är inställt 2-3 cm från ögongloben, så det finns ingen möjlighet att det har någon kontakt med patientens öga. I de flesta fall kräver OCT-undersökning ingen speciell förberedelse – patienten kan komma ensam med bil. Tolkningen av resultaten är dock komplicerad, så den bör utföras av en erfaren ögonläkare.

OCTs biofysik

Att förstå den fysiska grunden för ULT-undersökning är inte lätt. Denna teknik motsvarar att utföra en icke-invasiv "optisk biopsi" i realtid för att visualisera vävnadens mikrostruktur och diagnostisera möjliga patologiska förändringar. I optisk tomografi erhålls all data om objektets struktur på basis av intensiteten hos interferenssignalen (bildad av överlagringen av två laserstrålar). OCT optisk tomografi, som nu används på oftalmologiska kontor runt om i världen, drar fördel av en intressant egenskap hos ljus som kallas koherens, i dimensionerna tid och/eller rum. Klassisk OCT använder delvis koherenta ljuskällor (temporärt, men inte spatialt koherenta) - detektorn mäter skillnaden i optiska banor mellan spegeln i interferometern och på varandra följande lager av provobjektet (ögat).

Inuti interferometern finns en speciell platta som delar upp strålarna i två delar och registrerar störningen av strålen som reflekteras från vävnadsstrukturerna och den infallande strålen. Genom att känna till skillnaderna mellan de optiska banorna kan positionen för de analyserade ögonstrukturerna bestämmas. Data bearbetas av en dator och presenteras sedan i form av tvådimensionella tvärsnittsbilder (tomogram). Vävnader är flerkomponentstrukturer som sprider ljus på olika sätt. Beroende på graden av reflektion eller absorption presenteras en gråskala- eller färgbild. Objekt med den högsta reflektansen ses i rött eller vitt, och de med den svagaste signalen visas som mörka färger eller mörkgrå. Vävnader med mellanliggande reflektansvärden finns i gulgröna eller grå nyanser. OCT använder lågkoherensinterferometri, där störningar uppstår på mikrometernivå (genom användning av superluminescerande dioder eller kortpulslasrar). Infraröda strålningskällor används vanligtvis. Icke-koherenta ljuskällor (t.ex. halogen-, LED- eller glödlampor) kan inte användas vid klassisk ULT-undersökning. Ett team av forskare från ICTER var först i världen med att kombinera egenskaperna hos ljuskoherens i både tid och rum, vilket möjliggör mer exakta diagnostiska bilder av ögat.

Hur kan OKT förbättras?

Spatio-Temporal Optical Coherence Tomography (STOC-T) är ett särskilt effektivt verktyg för att avbilda ögat på grund av dess snabbhet och förmåga att inhämta stabil fasinformation över hela synfältet (till skillnad från fokuserad strålskanning). Fram till nu har huvudproblemet med att använda OCT-metoden varit buller (kallat fläck), vilket har gjort det svårt att exakt visualisera åderhinnan, en vital del av ögat som tillför syre och näringsämnen till fotoreceptorer, och som följaktligen är involverad i patogenes av många sjukdomar. ICTER-forskare fann att användning av en optisk multimodfiber av lämplig längd förbättrar ögats avbildning.

Multimode optisk fiber avger flera hundra unika rumsliga mönster (så kallade transversella elektromagnetiska lägen (TEM)) vid sin ände i strålens tvärsnitt. Hittills har sådana enheter använts upprepade gånger för att överföra data, men ingen beaktade det faktum att vart och ett av de rumsliga mönstren kommer ut från flera hundra meter av sådan optisk fiber vid olika tidpunkter. Detta tidsberoende resulterar i att flera hundra OCT-bilder tas under en enda mätning; när det läggs samman reducerar det sammansatta mönstret oönskade effekter som fläckbrus på ett totalt passivt sätt. Genom att tillämpa denna idé på OCT har ett team av forskare vid ICTER utvecklat ett nytt sätt att kontrollera den optiska fasen av STOC-T för att få högupplösta bilder av näthinnan och hornhinnan in vivo. Denna metod tillåter nu att mycket bättre tvärsnittsbilder erhålls från koroidalskiktet under näthinnan, vilket tidigare inte var möjligt.

OCT är en av de rutinmässiga oftalmologiska undersökningarna som används över hela världen. Tack vare förbättringarna från ICTER-teamet kommer den avancerade STOC-T-tekniken att möjliggöra identifiering av förändringar i ögat på cellnivå, vilket kommer att omvandlas till bättre diagnoser och förståelse för uppkomsten och utvecklingen av olika blindande sjukdomar. + Utforska vidare

In vivo-avbildning av den mänskliga hornhinnan vid hög hastighet och hög upplösning