Биомедицинские инженеры из Университета Дьюка разработали недорогой портативный сканер оптической когерентной томографии (optical coherence tomography — OCT), который обещает принести технологию сохранения зрения в недостаточно обслуживаемые регионы по всей территории Соединенных Штатов и за рубежом.
Благодаря переработанному 3D-спектрометру сканер в 15 раз легче и меньше, чем современные коммерческие системы, и изготовлен из деталей стоимостью менее одной десятой розничной цены коммерческих систем — и все это без ущерба для качества изображения.
В своем первом клиническом испытании новый OCT-сканер получил изображения 120 сетчаток, которые были на 95 процентов такими же четкими, как и те, которые были получены с помощью современных коммерческих системами, что было достаточно для точного клинического диагноза.
Результаты работы сканера опубликованы в журнале Translational Vision Science & Technology.
С 1990-х годов OCT-визуализация стала стандартом лечения многих заболеваний сетчатки, включая дегенерацию желтого пятна и диабетическую ретинопатию, а также глаукому. Однако OCT редко включается в стандартный скрининг-диагностику, поскольку машины могут стоить более 100 000 долларов США, что означает, что обычно они есть только в больших глазных центрах.
«Как только вы потеряли зрение, его очень трудно вернуть, поэтому ключом к предотвращению слепоты является раннее обнаружение», — сказал Адам Вакс, профессор биомедицинской инженерии в Университете Дьюка. «Наша цель — сделать OCT значительно дешевле, чтобы больше клиник могли позволить себе устройства, особенно в глобальных медицинских учреждениях.»
OCT является оптическим аналогом ультразвука, который работает, посылая звуковые волны в ткани и измерения, как много им нужно времени, чтобы вернуться. Но поскольку свет намного быстрее звука, измерить время сложнее. Чтобы определить время отражения световых волн от сканируемой ткани, OCT-устройства используют спектрометр, чтобы определить, насколько их фаза сдвинулась по сравнению с идентичными световыми волнами, которые прошли то же расстояние, но не взаимодействовали с тканью.
Основная технология, позволяющая использовать компактное, менее дорогое OCT-устройство — это новый тип спектрометра, разработанный компанией Ваксом и его бывшим аспирантом Сангхуном Кимом. Традиционные спектрометры сделаны, главным образом, точно выверенных металлических компонентов и направляют свет через серию объективов, зеркал и пазов и свет проходит путь похожий на букву W. Пока эта установка обеспечивает высокую степень точности, небольшие механические смещения по причине мелких пупырышек или даже колебаний температуры могут стать причиной расцентровки или перекоса оборудования.
Конструкция Вакса, однако, принимает свет по круговой траектории внутри корпуса, сделанного, главным образом, с помощью 3D-напечатанного пластика. Поскольку световой путь спектрометра круговой, любые расширения или сжатия из-за изменения температуры происходят симметрично, балансируя себя, чтобы держать оптические элементы выровненными. Прибор также использует более большой детектор в конце пути света для того, чтобы сделать перекосы менее вероятными.
Традиционные аппараты OCT весят более 30 килограмов, занимают весь стол и стоят от $50 000 до $120 000. Новое устройство OCT весит около 2 килограмм, имеет размер коробки для завтрака и, как ожидает Вакс, будет продаваться менее чем за 15 000 долларов.
«Прямо сейчас OCT оборудование находятся в кабинетах врачей, но для настройки требуют присутствия кандидата медицинских наук», — говорит Вакс. «Наши устройства могут просто лежать на полке в офисе и их можно взять от туда в любой момент времени, использовать и поставить обратно, без каких либо проблем и последствий. С его помощью мы успешно сканировали людей даже в кафе Starbucks.»
В новом исследовании Никлас Ульрич, хирург, офтальмолог и доцент офтальмологии в Медицинской школе Университета Северной Каролины, поставил новый OCT-сканер на тест против коммерческого инструмента, произведенного Heidelberg Engineering. Он провел клиническую диагностику на обоих глазах у 60 пациентов, половина из которых здоровые добровольцы и половина с какой либо болезнью сетчатки глаза.
Для сравнения изображений, полученных обоими устройствами, исследователи использовали соотношение контраст-шум, часто используемый для определения качества изображения в медицинской визуальной диагностики. Результаты показали, что по этому показателю недорогой портативный OCT-сканер обеспечивал полезный контраст, который был всего на 5,6% меньше, чем у коммерческой машины, что все еще достаточно хорошо для клинической диагностики.
«Я был очень впечатлен качеством изображений с недорогого устройства — оно абсолютно сопоставимо с нашими стандартными коммерческими машинами», — сказал Ульрих. «Очевидно, что ему не хватает некоторых раструбов и сигналов, которые есть у наших $100k + OCT-сканеров, но позволяет точно диагностировать структурные заболевания сетчатки, а также контролировать успех лечения. Установка быстра и легка и очень компактна, что позволяет успешно работать этому устройству в небольших диагностических кабинетах. Я надеюсь, что разработка этого недорогого OCT-сканера улучшит доступ пациентов к технологии OCT и внесет вклад в сохранение зрения в Северной Каролине, а также на национальном уровне и во всем мире.»
Вакс собирается коммерциализировать устройство через стартап Lumedica, который уже производит и продает инструменты первого поколения для исследовательских приложений. Компания надеется обеспечить венчурную поддержку в ближайшем будущем, а также ведет переговоры о потенциальных лицензионных сделках с внешними компаниями.
«Есть большой интерес со стороны людей, которые собираются внедрять OCT технологии по всему миру, а также мы смотрим в стороны недостаточно охваченной части населения прямо здесь, в США», — сказал Вакс. «С ростом числа случаев диабетической ретинопатии в таких странах, как США, Индия и Китай, мы надеемся, что сможем спасти зрение многих людей, резко увеличив доступ к этой технологии.»
Источник: Duke University