Rekord rozdzielczości dla optyki adaptacyjnej w okulistyce

Od wielu już lat różne laboratoria na całym świecie opracowują technologie pochodzące od optyki adaptacyjnej stosowanej w astronomii, w celu obserwacji in vivo komórek siatkówki oka. Badacze amerykańscy potwierdzają dzisiaj, iż udało im się uzyskać najlepszą rozdzielczość w obrazach pręcików oka.

Od wieków, fizycy interesują się mechanizmami widzenia. Skonfrontowany z okiem ludzkim, niemiecki naukowiec Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz poczynił następujący komentarz: gdyby jakiś optyk chciał mi sprzedać urządzenie zawierające tyle wad, czułbym się upoważniony, żeby mu wypomnieć jego niedbałość, w najsilniejszych słowach, i zwróciłbym mu to urządzenie.

Taki jest punkt widzenia jednego z największych fizyków XX wieku, który był poza tym także lekarzem i chirurgiem. A jego punkt widzenia, na nieszczęście, jest usprawiedliwiony.

W rzeczywistości, oko ludzkie prezentuje wady optyczne, właściwe dla każdej jednostki, wynikające z małych nieregularności w jego różnych elementach, takich jak rogówka, soczewka, ciałko szkliste, etc.

Jeśli oftalmolog chce się przyjrzeć detalom w głębi oka, konfrontowany jest wtedy z takimi samymi problemami, na które napotykają astronomowie próbujący przyjrzeć się szczegółowo gwiazdom poprzez atmosferę. Ta ostatnia jest w rzeczywistości tym, co nazywamy środowiskiem niejednorodnym, jeśli chodzi o jego współczynnik załamania. Turbulencje oraz zmiany temperatury sprawiają, że jakość optyczna obrazów jest bardzo szybko degradowana.

Turbulencje i optyka adaptacyjna

Wyobraźcie sobie, na przykład, że chcecie skonstruować teleskop o bardzo dobrej rozdzielczości. Zwiększa się ona wraz ze średnicą lustra. Na nieszczęście, z powodu turbulencji atmosferycznych, teleskop, którego średnica głównego lustra wynosi 8 metrów, posiada siłę skutecznego separowania równą sile teleskopu o dwudziestocentymetrowej średnicy, umieszczonego powyżej atmosfery.

Rozwiązanie znaleziono w latach pięćdziesiatych dwudziestego wieku, a dokonał tego amerykański astronom Horace Babcock. Trzeba było uciec się do pomocy optyki adaptacyjnej, a to znaczy, zdeformować na stałe kształ lustra w taki sposób, aby korygować zniekształcenie czoła fali światła pochodzącego z gwiazdy, które jest spowodowane zaburzeniami w warstwach atmosfery.

W roku 1953, technologia nie mogła podążyć jeszcze za tą ideą, ale w latach siedemdziesiatych XX wieku, komputery oraz lasery, które były dostępne, zmieniły rozdanie.

Ponieważ armia była zainteresowana skupieniem wiązek laserowych jako potencjalną bronią niszczącą rakiety w atmosferze oraz precyzyjną obserwacją tych samych rakiet albo satelitów wojskowych, dlatego uruchamiane są tajne programy mające na celu rozwój optyki adaptacyjnej.

Na początku lat osiemdziesiątych XX wieku, niektóre z tych technologii zaczynają być popularyzowane w dziedzinie cywilnej, i to wtedy rodzi się prototyp nazwany Come-On, który swoich pierwszych obserwacji dokonał w roku 1989 w Obserwatorium w Haute-Provence.

Ulepszona wersja, Come-On+, będzie zainstalowana w 1990 roku w teleskopie o średnicy 3,6 metra, w Obserwatorium Europejskim Południowym (ang. European Southern Observatory - ESO) w La Silla w Chile.

Bardzo szybko, badacze zdają sobie sprawę z potencjału tego odkrycia dla oftalmologii. W obliczu różnych patologii oka związanych z uszkodzeniami komórek składających się na siatkówkę, to znaczy z uszodzeniami czopków oraz pręcików, jednym z problemów, z którym skonfrontowani są lekarze, jest w rzeczywistości możliwość ich obserwowania z całą niezbędną rozdzielczością, przy okazji badania dna oka pacjenta.

Narzędzie dla patologii siatkówki

Zazwyczaj, nie wykrywa się chorób takich jak AMD (czyli zwyrodnienie plamki żółtej oka związane z wiekiem, ang. age-related macular degeneration), dopóki uszkodzenia na poziomie czopków (albo pręcików) siatkówki nie są już bardzo zaawansowane i nieodwracalne.

Tak więc, wiele dziesiątek milionów ludzi na całym świecie cierpi z powodu AMD, z powodu retinopatii cukrzycowej, albo innych mniej rozpowszechnionych, ale bardzo upośledzających chorób, takich jak retinopatia barwnikowa.

Działanie lekarstwa jest dodatkowo ciężkie do określenia, jeśli nie jesteśmy w stanie stworzyć takich obrazów, których rozdzielczość jest rzędu mikronu. Rozumiemy więc dobrze znaczenie możliwości szybkiego stawiania diagnozy.

W 1997 roku, David Williams, z Uniwersytetu w Rochester, przeprowadził pierwszy pokaz zastosowania technik optyki adaptacyjnej (OA) w obserwacji komórek siatkówki. Pewne konsorcjum francuskie, Inoveo, opracowało również instrument optyki adaptacyjnej dla oftalmologii. W 2008 roku, dwa egzemplarze prototypu zostały zainstalowane w departamentach oftalmologii w szpitalach Necker w Paryżu oraz w CHIC w Créteil.

Wraz z tymi wynalazkami, rozdzielczość obrazów przeszła z 20 do 3 mikronów, i od tej pory stało się możliwe wizualizowanie mozaiki czopków fotoreceptorowych (których średnica jest rzędu od 4 do 5 mikronów), najcieńszych naczynek włosowatych, o średnicy rzędu 6 mikronów, tak samo jak i szczegółów mikroskopowych innych struktur, takich jak brodawki.

Dzisiaj, pewna grupa badawcza, prowadzona przez Alfredo Dubra z Uniwersytetu w Rochester, zaanonsowała, iż udało jej się uzykać najlepsze obrazy in vivo nie tylko czopków, ale również pręcików siatkówkowych, osiągając rozdzielczość graniczną rzędu 2 mikronów.