Биомедицинские инженеры из Университета Дьюка (Duke University) разработали недорогой портативный сканер оптической когерентной томографии (ОКТ). Результаты исследования опубликованы в научном журнале Translational Vision Science & Technology.
Введение
Благодаря обновленному спектрометру с 3D-печатью сканер в 15 раз легче и меньше, чем современные коммерческие системы, и изготовлен из деталей, стоимость которых составляет менее одной десятой розничной цены коммерческих систем – и все это без ущерба для качества изображения.
Актуальность проблемы
Используемая с 1990-х годов технология ОКТ стала стандартом медицинской помощи для диагностики многих заболеваний сетчатки, включая дегенерацию желтого пятна и диабетическую ретинопатию, а также глаукому. Тем не менее, ОКТ редко используют в качестве рутинного скрининга, поскольку машины могут стоить более 100 000 долларов, то есть, как правило, они находятся только в крупных глазных центрах.
«После потери зрение очень трудно вернуть его обратно, поэтому ключом к предотвращению слепоты является раннее обнаружение», – объясняет автор исследования Адам Вакс (Adam Wax). «Наша цель – сделать ОКТ значительно дешевле, чтобы больше клиник могли позволить себе это устройство, особенно в условиях глобального здравоохранения».
ОКТ – это оптический аналог ультразвука. Но из-за того, что свет намного быстрее звука, измерять звуковые отражения сложнее. Чтобы рассчитать время, когда световые волны отражаются от сканируемой ткани, устройства ОКТ используют спектрометр, чтобы определить, насколько их фаза сместилась по сравнению с идентичными световыми волнами, которые прошли то же расстояние, но не взаимодействовали с тканью. Традиционные спектрометры изготавливаются в основном из точно вырезанных металлических компонентов и направляют свет через ряд линз, зеркал и дифракционных щелей в форме буквы W. Хотя эта установка обеспечивает высокую степень точности, небольшие механические сдвиги, вызванные ударами или даже изменениями температуры, могут создавать помехи.
Материалы и методы обследования
Ученые провели клиническую визуализацию на обоих глазах у 60 пациентов, половина из которых были здоровы, а у половина – с заболеванием сетчатки. Для сравнения изображений, полученных на обеих машинах, исследователи использовали отношение контрастности к шуму – меру, часто используемую для определения качества изображения при медицинской визуализации.
Результаты научной работы
В своем первом клиническом испытании новый сканер ОКТ позволил получить 120 изображений сетчатки, которые были на 95% более контрастными, чем снимки, сделанные в современных коммерческих системах, что было достаточно для точной клинической диагностики. Основной технологией, позволяющей создавать меньшее по размеру и менее дорогое устройство ОКТ, является спектрометр нового типа, разработанный Ваксом с соавтором Сангхун Кимом (Sanghoon Kim). Однако дизайн Wax освещает круговую дорожку внутри корпуса, выполненного в основном из пластика с 3D-печатью. Поскольку световой путь спектрометра является круговым, любые расширения или сжатия из-за изменений температуры происходят симметрично, балансируя себя, чтобы сохранить оптические элементы выровненными. Устройство также использует больший детектор в конце пути света, чтобы уменьшить вероятность смещения. Традиционные машины ОКТ весят более 27 килограмм, занимают весь стол и стоят где-то от 50 000 до 120 000 долларов. Новое устройство ОКТ весит 4 фунта, размером с коробку для завтрака и, как ожидается, будет стоить менее чем за 15 000 долларов. Результаты показали, что по этой меркам недорогой портативный ОКТ-сканер обеспечивает полезную контрастность, которая была всего на 5,6% меньше, чем у коммерческой машины.
«Я был очень впечатлен качеством изображений, выполненных недорогим устройством – оно абсолютно сопоставимо с нашими стандартными коммерческими машинами», – объясняет Адам Вакс. «Он позволяет проводить точную диагностику структурных заболеваний сетчатки, а также отслеживать успешность лечения. Установка выполняется быстро и легко с небольшой занимаемой площадью, что позволяет устройству хорошо работать. Я надеюсь, что разработка этого недорогого ОКТ-сканера улучшит доступ пациентов к технологиям ОКТ и поможет сохранить зрение людям».
Выводы
«В связи с растущим числом случаев диабетической ретинопатии в таких местах, как США, Индия и Китай, мы надеемся, что сможем спасти зрение многих людей, расширив доступ к этой технологии».
Авторы другого исследования утверждают, что пересадка эмбриональных клеток сетчатки способна восстановить зрение.
