Studi OCT senza rumore. Un nuovo metodo per una migliore individuazione delle malattie degli occhi. Foto:Karol Karnowski. Credito:Fonte IPC PAS/ICTER, Karol Karnowski
Nel mondo, ben 285 milioni di persone soffrono di gravi malattie degli occhi o cecità. Sfortunatamente, la maggior parte di loro non ha accesso ai moderni metodi di trattamento, quindi l'aiuto spesso arriva troppo tardi. Questa situazione potrebbe cambiare con l'avvento di un miglioramento molto significativo di uno strumento diagnostico utilizzato da tre decenni per rilevare la patologia oculare:la tomografia a coerenza ottica (OCT).
L'OCT è uno dei test più basilari e accurati utilizzati nella diagnosi delle malattie degli occhi. Consente una visione dettagliata delle singole strutture oculari e quindi consente il rilevamento di malattie maculari, alterazioni diabetiche della retina, glaucoma, tumori oculari e molti altri disturbi. Sfortunatamente, il metodo OCT è imperfetto, perché il rumore naturale durante l'esame degli occhi riduce l'accuratezza dell'imaging. Un team di ricercatori dell'International Center for Translational Eye Research (ICTER) si è proposto di correggere questo problema, rivoluzionando il metodo OCT introducendo la Tomografia OCT spazio-temporale (STOC-T).
La ricerca è stata condotta dal Dr. Edgidijus Auksorius, dal Dr. David Borycki, Piotr Węgrzyn e dal Prof. Maciej Wojtkowski di ICTER ei risultati sono stati pubblicati sulla rivista Optics Letters in un rapporto intitolato "La fibra multimodale come strumento per ridurre il cross talk nella tomografia a coerenza ottica a pieno campo nel dominio di Fourier".
Come funziona l'esame OCT?
Grazie alla sua alta risoluzione, il metodo OCT è uno degli esami oftalmologici più utilizzati. È completamente indolore e sicuro, non ci sono controindicazioni mediche al suo utilizzo (l'esame può essere eseguito anche con donne in gravidanza). L'OCT funziona meglio nella diagnosi di malattie degli occhi come il glaucoma progressivo, la retinopatia diabetica o la degenerazione maculare legata all'età (AMD), che sono le cause più comuni di perdita della vista centrale nelle persone anziane. Ad esempio, nelle prime fasi dell'AMD, tramite l'OCT sono visibili depositi singoli o grappoli di pigmento e sottili alterazioni atrofiche sul fondo; con lo sviluppo del diabete, si osservano cambiamenti nella struttura microvascolare della retina sulle immagini OCT. L'esame OCT stesso richiede alcuni minuti. Il paziente si siede davanti a un apposito apparato e deve concentrarsi su un punto indicato dal medico, limitando l'ammiccamento. La testina di misurazione è posta a 2-3 cm dal bulbo oculare, quindi non c'è possibilità che abbia alcun contatto con l'occhio del paziente. Nella maggior parte dei casi l'esame OCT non richiede alcuna preparazione speciale:il paziente può venire da solo in auto. Tuttavia, l'interpretazione dei risultati è complicata, quindi dovrebbe essere eseguita da un oculista esperto.
Biofisica dell'OCT
Comprendere le basi fisiche dell'esame OCT non è facile. Questa tecnica equivale a eseguire una "biopsia ottica" non invasiva in tempo reale per visualizzare la microstruttura del tessuto e diagnosticare possibili alterazioni patologiche. Nella tomografia ottica, tutti i dati sulla struttura dell'oggetto sono ottenuti in base all'intensità del segnale di interferenza (formato dalla sovrapposizione di due raggi laser). La tomografia ottica OCT, ora utilizzata negli studi di oftalmologia di tutto il mondo, sfrutta un'interessante proprietà della luce chiamata coerenza, nelle dimensioni del tempo e/o dello spazio. L'OCT classico utilizza sorgenti luminose parzialmente coerenti (temporalmente, ma non spazialmente coerenti):il rivelatore misura la differenza nei percorsi ottici tra lo specchio nell'interferometro e gli strati successivi dell'oggetto campione (occhio).
All'interno dell'interferometro è presente una speciale piastra che divide i raggi in due parti e registra l'interferenza del raggio riflesso dalle strutture tissutali e il raggio incidente. Conoscendo le differenze dei percorsi ottici, è possibile determinare la posizione delle strutture oculari analizzate. I dati vengono elaborati da un computer e quindi presentati sotto forma di immagini bidimensionali trasversali (tomogrammi). I tessuti sono strutture multicomponenti che diffondono la luce in modi diversi. A seconda del grado di riflessione o assorbimento, viene presentata un'immagine in scala di grigi oa colori. Gli oggetti con la riflettanza più alta vengono visualizzati in rosso o bianco e quelli con il segnale più debole appaiono come colori scuri o grigio scuro. I tessuti con valori di riflettanza intermedi sono presenti in giallo-verde o sfumature di grigio. L'OCT utilizza l'interferometria a bassa coerenza, in cui l'interferenza si verifica a livello di micrometri (attraverso l'uso di diodi superluminescenti o laser a impulsi brevi). Di solito vengono utilizzate sorgenti di radiazioni infrarosse. Le sorgenti luminose non coerenti (ad es. Lampade alogene, LED o a incandescenza) non possono essere utilizzate nell'esame OCT classico. Un team di scienziati di ICTER è stato il primo al mondo a combinare le proprietà della coerenza della luce sia nel tempo che nello spazio, il che consente immagini diagnostiche dell'occhio più accurate.
Come si può migliorare lo PTOM?
La tomografia a coerenza ottica spazio temporale (STOC-T) è uno strumento particolarmente efficace per l'imaging dell'occhio grazie alla sua velocità e capacità di acquisire informazioni di fase stabili sull'intero campo visivo (a differenza della scansione del raggio focalizzato). Finora, il problema principale nell'utilizzo del metodo OCT è stato il rumore (chiamato macchiolina), che ha reso difficile visualizzare con precisione la coroide, una parte vitale dell'occhio che fornisce ossigeno e sostanze nutritive ai fotorecettori, e di conseguenza è coinvolta nella patogenesi di molte malattie. I ricercatori di ICTER hanno scoperto che l'utilizzo di una fibra ottica multimodale della lunghezza appropriata migliora l'imaging dell'occhio.
La fibra ottica multimodale emette diverse centinaia di modelli spaziali unici (i cosiddetti modi elettromagnetici trasversali (TEM)) alla sua estremità nella sezione trasversale del raggio. Finora, tali dispositivi sono stati utilizzati ripetutamente per trasmettere dati, ma nessuno ha considerato il fatto che ciascuno dei modelli spaziali esce dalle diverse centinaia di metri di tale fibra ottica in momenti diversi. Questa dipendenza dal tempo comporta l'acquisizione di diverse centinaia di immagini OCT durante una singola misurazione; quando sommato, il pattern composito riduce gli effetti indesiderati come il rumore delle macchie in modo totalmente passivo. Applicando questa idea all'OCT, un team di ricercatori dell'ICTER ha sviluppato un nuovo modo per controllare la fase ottica di STOC-T per ottenere immagini ad alta risoluzione della retina e della cornea in vivo. Questo metodo consente ora di ottenere immagini della sezione trasversale molto migliori dallo strato coroidale sotto la retina, cosa che in precedenza non era possibile.
L'OCT è uno degli esami oftalmici di routine utilizzati in tutto il mondo. Grazie ai miglioramenti del team ICTER, la tecnica avanzata STOC-T consentirà l'identificazione dei cambiamenti nell'occhio a livello cellulare, che si tradurranno in una migliore diagnosi e comprensione dell'insorgenza e della progressione di varie malattie accecanti. + Esplora ulteriormente
