Od długości fali świetlnej i liczby skanów wykonywanych w ciągu sekundy zależy coraz większa efektywność obrazowania dna oka przy zastosowaniu optycznej koherentnej tomografii (OCT). Nowe możliwości w tej dziedzinie zrewolucjonizowały współczesną diagnostykę siatkówki. W rozwój tej techniki ogromny wkład wnieśli polscy uczeni z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu, w tym wybitny fizyk prof. Maciej Wojtkowski, który wprowadził obecną generację aparatów obrazowania siatkówki oka, tzw. spektralne OCT. W badania naukowe nad nowym sposobem obrazowania zaangażowany był od samego początku dr n. med. Bartosz Sikorski, z Katedry i Kliniki Chorób Oczu, Collegium Medicum UMK w Bydgoszczy.
Panie doktorze, czym jest optyczna koherentna tomografia OCT?
Optyczna koherentna tomografia OCT jest metodą diagnostyczną, która pozwala na zupełnie bezinwazyjne i bezkontaktowe obrazowanie tkanek oka, w tym jego tylnej części, czyli siatkówki. Trudno sobie wręcz wyobrazić obecnie diagnostykę i monitorowanie leczenia chorób siatkówki bez badania OCT. Jest to technika, która zrewolucjonizowała okulistykę w ostatnich latach. OCT pozwoliło bowiem zarówno precyzyjnie wykrywać patologiczne zmiany w obrębie siatkówki na bardzo wczesnym etapie choroby, klasyfikować stopień zaawansowania stwierdzanych nieprawidłowości, śledzić ich rozwój w czasie, jak i podejmować decyzje o rozpoczęciu leczenia oraz oceniać jego postęp i wskazania do kontynuacji terapii. Warto nadmienić, że OCT stosuje się także do oceny przedniej części oka czyli rogówki oraz diagnostyki jaskry. W tym ostatnim przypadku oceniamy budowę kąta przesączania tj. miejsca, przez które płyn wypełniający gałkę oczną ją opuszcza. Mierzymy także grubość warstwy komórek zwojowych siatkówki w plamce oraz grubość warstwy włókien nerwowych wokół tarczy nerwu wzrokowego. Badanie to jest w stanie wykryć neuropatię jaskrową na bardzo wczesnym etapie choroby.
Jak działa OCT?
Idea tomografii optycznej polega na wykorzystaniu światła w celu uzyskania przekrojów siatkówki, które przypominają swym wyglądem preparaty histologiczne – z tą jednak różnicą, że nie musimy pobierać fizycznie tkanki do badania. W przypadku centralnej części siatkówki żywej osoby byłoby to oczywiście niemożliwe. Zasada działania OCT, w pewnym uproszczeniu, przypomina badanie, które towarzyszy nam od dziesięcioleci tj. ultrasonografię, w którym rekonstrukcja struktury badanej tkanki odbywa się na podstawie pomiaru czasu powrotu odbitej od tkanek fali dźwiękowej. W przypadku badania OCT zamiast ultradźwięków używamy światła. Ponieważ porusza się ono półtora miliona razy szybciej od dźwięku to bezpośredni pomiar czasu powrotu fali do detektora nie jest możliwy. Dlatego też pomiaru dokonujemy w sposób pośredni. Wiązka światła dzielona jest na dwie identyczne wiązki, z których jedna podąża do oka, a druga odbija się od zwierciadła referencyjnego. Jeżeli odległość od lusterka do miejsca podziału wiązki, jest taka sama, jak od tkanki do miejsca podziału wiązki, to powracające fale nałożą się na siebie w wyniku zjawiska interferecji. Chcąc otrzymać sygnał z innej głębokości tkanki należy mechanicznie przesunąć zwierciadło referencyjne. Takie rozwiązanie zastosowano w pierwszej metodzie OCT stworzonej w 1991 r. na MIT w Stanach Zjednoczonych. Oczywiście obecność elementu mechanicznego (zwierciadło) w układzie elektronicznym jest rzeczą wysoce niepożądaną, która skutkowała niewielką prędkością skanowania i stosunkowo niską rozdzielczością badania.
Na czym polegały zmiany wprowadzone przez polskich uczonych w stosowanej od lat 90. XX wieku tomografii optycznej OCT?
Na początku XX w. mój kolega z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, wybitny fizyk, prof. Maciej Wojtkowski unieruchomił mobilne lusterko i zmodyfikował metodę OCT w taki sposób, że cała informacja o przekroju tkanki jest zawarta w jednym sygnale. Głębokość z jakiej pochodzi sygnał jest zakodowana w tym przypadku w jego częstotliwości. Rozkodowanie sygnału w celu określenia natężenia odbitego przez tkanki światła z różnych jej głębokości, możliwe jest dzięki wykorzystaniu relatywnie prostej funkcji matematycznej tj. transformaty Fouriera. To rozwiązanie prof. Macieja Wojtkowskiego, spowodowało prawdziwy przełom i powstała spektralna optyczna koherentna tomografia SOCT. Dzięki tej technologii tomografia optyczna przyspieszyła z około 600 skanów na sekundę do np. 130 tys. w obecnie stosowanych komercyjnie urządzeniach.
Jakie korzyści spowodowało to nowatorskie rozwiązanie?
Poprawiła się wydatnie rozdzielczość badania dzięki czemu widzimy tkankę oka ze znacznie większą precyzją. Ponieważ skanujemy bardzo szybko, to liczba artefaktów ruchowych została znacząco ograniczona, gdyż pacjent po prostu nie rusza się w trakcie badania. Możemy zbierać także bardzo duże ilości danych i skanować tkankę trójwymiarowo, jak i tworzyć mapy poszczególnych warstw siatkówki. Ogromny wkład prof. Wojtkowskiego w rozwój technologii SOCT został doceniony w 2012 r. Za opracowanie i wprowadzenie do praktyki okulistycznej metody OCT z detekcją fourierowską, otrzymał wówczas nagrodę Fundacji na rzecz Nauki Polskiej (FNP) w obszarze nauk matematyczno-fizycznych i inżynierskich. Należy w tym miejscu podkreślić, iż Polacy mieli również niebagatelny wkład w komercjalizację tej technologii w 2006 roku. Wyprzedziliśmy amerykańską, niemiecką i japońską konkurencję o niemal dwa lata.
Kto dokonał komercjalizacji tej technologii?
Komercjalizacji dokonała polska firma Optopol przy udziale naukowców z UMK, zarówno z Instytutu Fizyki w Toruniu, jak i Kliniki Chorób Oczu CM w Bydgoszczy. Wspólnie z prof. Wojtkowskim od 2005 roku rozwijaliśmy technologię OCT w aspekcie również klinicznym. Opracowaliśmy m.in. metody segmentacji warstw siatkówki oraz przedstawiliśmy metody konstruowania map grubości i refleksyjności siatkówki. Temu ostatniemu zagadnieniu poświęcona była moja rozprawa doktorska. Nowatorskie podejście do tego tematu zostało docenione w tym wypadku nagrodą Prezesa Rady Ministrów. Również nasz Zespół Bioobrazowania Medycznego był znacząco zaangażowany w rozwój angiografii OCT, która pozwala w sposób bezinwazyjny wizualizować naczynia siatkówki. Pierwsze na świecie wyniki klinicznego zastosowania tej metody miałem przyjemność przedstawić w 2012 roku podczas kongresu Amerykańskiej Akademii Okulistycznej (AAO). W chwili obecnej jest to powszechnie stosowana metoda diagnostyczna w okulistyce. W późniejszych latach we współpracy z firmą Optopol stworzyliśmy również Biometrię OCT i Keratometrię OCT. Wyniki tych prac z kolei prezentowałem w 2017 i 2018 roku, również m.in. na kongresie AAO. Prace nad rozwojem kolejnych nowatorskich technologii nadal trwają i jestem przekonany, że współpraca nauki z przemysłem zaowocuje jeszcze niejednym odkryciem.
Z dr n.med. Bartoszem Sikorskim rozmawiała Jolanta Czudak
