Wereldwijd lijden maar liefst 285 miljoen mensen aan ernstige oogziekten of blindheid. Helaas hebben de meesten van hen geen toegang tot moderne behandelmethoden, waardoor hulp vaak te laat komt. Deze situatie zou kunnen veranderen met de komst van een zeer significante verbetering van een diagnostisch hulpmiddel dat al drie decennia wordt gebruikt voor het opsporen van oculaire pathologie:optische coherentietomografie (OCT).

OCT is een van de meest elementaire en nauwkeurige tests die worden gebruikt bij de diagnose van oogziekten. Het maakt een gedetailleerd beeld van individuele oogstructuren mogelijk en maakt zo de detectie van maculaire aandoeningen, diabetische veranderingen van het netvlies, glaucoom, oogtumoren en vele andere aandoeningen mogelijk. Helaas is de OCT-methode gebrekkig, omdat natuurlijk voorkomend geluid tijdens het oogonderzoek de nauwkeurigheid van de beeldvorming vermindert. Een team van onderzoekers van het International Center for Translational Eye Research (ICTER) probeerde dit probleem te verhelpen door een revolutie teweeg te brengen in de OCT-methode door de introductie van spatio-temporele OCT-tomografie (STOC-T).

Het onderzoek werd uitgevoerd door Dr. Edgidijus Auksorius, Dr. David Borycki, Piotr Węgrzyn en Prof. Maciej Wojtkowski van ICTER, en de resultaten werden gepubliceerd in het tijdschrift Optics Letters in een rapport getiteld "Multimode fiber as a tool to reduce cross talk in Fourier-domain full-field optische coherentietomografie".

Hoe werkt het OCT-examen?

Door de hoge resolutie is de OCT-methode een van de meest gebruikte oogheelkundige onderzoeken. Het is volledig pijnloos en veilig - er zijn geen medische contra-indicaties voor het gebruik ervan (het onderzoek kan zelfs bij zwangere vrouwen worden uitgevoerd). OCT werkt het beste bij de diagnose van oogziekten zoals progressief glaucoom, diabetische retinopathie of leeftijdsgebonden maculaire degeneratie (LMD), de meest voorkomende oorzaken van verlies van centraal gezichtsvermogen bij oudere mensen. In de vroege stadia van AMD zijn bijvoorbeeld enkele afzettingen of clusters van pigment en subtiele atrofische veranderingen zichtbaar op de fundus via LGO; met de ontwikkeling van diabetes worden veranderingen in de microvasculaire structuur van het netvlies waargenomen op OCT-beelden. Het OCT-onderzoek zelf duurt enkele minuten. De patiënt zit voor een speciaal apparaat en moet zich concentreren op een door de arts aangegeven punt, waarbij het knipperen wordt beperkt. De meetkop wordt 2-3 cm van de oogbol geplaatst, dus er is geen mogelijkheid dat deze in contact komt met het oog van de patiënt. In de meeste gevallen vereist OCT-onderzoek geen speciale voorbereiding - de patiënt kan alleen met de auto komen. De interpretatie van de resultaten is echter ingewikkeld, dus het moet worden uitgevoerd door een ervaren oogarts.

Biofysica van OCT

Het begrijpen van de fysieke basis van OCT-onderzoek is niet eenvoudig. Deze techniek komt overeen met het in realtime uitvoeren van een niet-invasieve "optische biopsie" om de microstructuur van het weefsel te visualiseren en mogelijke pathologische veranderingen te diagnosticeren. Bij optische tomografie worden alle gegevens over de structuur van het object verkregen op basis van de intensiteit van het interferentiesignaal (gevormd door de superpositie van twee laserstralen). OCT optische tomografie, nu gebruikt in oogheelkundige kantoren over de hele wereld, maakt gebruik van een interessante eigenschap van licht, coherentie genaamd, in de dimensies van tijd en/of ruimte. Klassieke OCT gebruikt gedeeltelijk coherente lichtbronnen (tijdelijk, maar niet ruimtelijk coherent) - de detector meet het verschil in optische paden tussen de spiegel in de interferometer en opeenvolgende lagen van het monsterobject (oog).

Binnen in de interferometer bevindt zich een speciale plaat die de stralen in twee delen verdeelt en de interferentie registreert van de straal die wordt gereflecteerd door de weefselstructuren en de invallende straal. Door de verschillen van de optische paden te kennen, kan de positie van de geanalyseerde oogstructuren worden bepaald. De gegevens worden verwerkt door een computer en vervolgens gepresenteerd in de vorm van tweedimensionale dwarsdoorsnedebeelden (tomogrammen). Weefsels zijn structuren met meerdere componenten, die licht op verschillende manieren verstrooien. Afhankelijk van de mate van reflectie of absorptie wordt een grijswaarden- of kleurenafbeelding weergegeven. Objecten met de hoogste reflectie worden weergegeven in rood of wit, en die met het zwakste signaal verschijnen als donkere kleuren of donkergrijs. Weefsels met tussenliggende reflectiewaarden zijn aanwezig in geelgroen of grijstinten. OCT maakt gebruik van low-coherence interferometrie, waarbij interferentie optreedt op micrometerniveau (door het gebruik van superluminescente diodes of kortepulslasers). Meestal worden infraroodstralingsbronnen gebruikt. Niet-coherente lichtbronnen (bijv. halogeen-, led- of gloeilampen) kunnen niet worden gebruikt bij klassiek OCT-onderzoek. Een team van wetenschappers van ICTER was de eerste ter wereld die de eigenschappen van lichtcoherentie in zowel tijd als ruimte combineerde, wat nauwkeurigere diagnostische beelden van het oog mogelijk maakt.

Hoe kan OCT worden verbeterd?

Spatio-Temporal Optical Coherence Tomography (STOC-T) is een bijzonder effectief hulpmiddel voor het afbeelden van het oog vanwege de snelheid en het vermogen om stabiele fase-informatie over het gehele gezichtsveld te verkrijgen (in tegenstelling tot gerichte bundelscanning). Tot nu toe was het grootste probleem bij het gebruik van de LGO-methode ruis (speckle genoemd), waardoor het moeilijk was om de choroidea nauwkeurig te visualiseren, een essentieel onderdeel van het oog dat zuurstof en voedingsstoffen aan fotoreceptoren levert en bijgevolg betrokken is bij de pathogenese van veel ziekten. ICTER-onderzoekers ontdekten dat het gebruik van een multimode optische vezel van de juiste lengte de beeldvorming van het oog verbetert.

Multimode optische vezel zendt enkele honderden unieke ruimtelijke patronen uit (zogenaamde transversale elektromagnetische modi (TEM)) aan zijn uiteinde in de dwarsdoorsnede van de bundel. Tot nu toe zijn dergelijke apparaten herhaaldelijk gebruikt om gegevens te verzenden, maar niemand heeft er rekening mee gehouden dat elk van de ruimtelijke patronen op verschillende tijdstippen uit de honderden meters van dergelijke optische vezels komt. Deze tijdsafhankelijkheid resulteert in enkele honderden OCT-beelden die tijdens een enkele meting worden vastgelegd; wanneer bij elkaar opgeteld, vermindert het composietpatroon ongewenste effecten zoals spikkelruis op een volledig passieve manier. Door dit idee toe te passen op OCT, heeft een team van onderzoekers van ICTER een nieuwe manier ontwikkeld om de optische fase van STOC-T te regelen om in vivo beelden met hoge resolutie van het netvlies en het hoornvlies te verkrijgen. Met deze methode kunnen nu veel betere dwarsdoorsnedebeelden worden verkregen van de choroïdale laag onder het netvlies, wat voorheen niet mogelijk was.

OCT is een van de routinematige oogheelkundige onderzoeken die wereldwijd wordt gebruikt. Dankzij de verbeteringen door het ICTER-team, zal de geavanceerde STOC-T-techniek veranderingen in het oog op cellulair niveau kunnen identificeren, wat zich zal vertalen in betere diagnoses en begrip van het ontstaan ​​en de progressie van verschillende verblindende ziekten. + Verder verkennen

In vivo beeldvorming van het menselijke hoornvlies met hoge snelheid en hoge resolutie