چهار دانشمند که در توسعه فناوری‌های اپتیک تطبیقی ​​(AO) برای تصویربرداری از شبکیه چشم انسان پیشگام بودند، جایزه سال 2024 را دریافت کردند. جایزه رتبه برای اپتوالکترونیک. برندگان - جونژونگ لیانگ, دونالد میلر, آستین روردا و دیوید ویلیامز - ابزارهایی اختراع شده که از AO برای گرفتن تصاویر با وضوح بالا از شبکیه زنده استفاده می کنند و بینش جدیدی از ساختار و عملکرد چشم انسان ارائه می دهند.

AO در ابتدا برای استفاده در نجوم، برای از بین بردن تاری ناشی از اتمسفر در تصاویر تلسکوپ‌های زمینی ساخته شد. این کار با اندازه‌گیری اعوجاج‌ها در یک جبهه موج بازتاب‌شده با استفاده از حسگر جبهه موج، و سپس جبران این اعوجاج‌ها با یک اصلاح‌کننده جبهه موج، که اغلب یک آینه تغییر شکل‌پذیر است، کار می‌کند.

در سال 1997، لیانگ، ویلیامز و میلر نشان دادند که AO همچنین می تواند برای تصحیح اعوجاج ناشی از اپتیک ناقص در چشم انسان استفاده شود. با استفاده از AO، a را ایجاد کردند دوربین تصویربرداری شبکیه با وضوح بی‌سابقه، امکان تصویربرداری واضح از سلول‌های گیرنده نوری در شبکیه زنده انسان را فراهم می‌کند. دو سال بعد، Roorda و ویلیامز از این ابزار برای تولید اولین تصاویری استفاده کردند که توزیع آن را نشان می داد سه نوع مخروط در شبکیه چشم انسان.

به گفته دونال برادلی، رئیس کمیته اپتوالکترونیک جایزه Rank، این جایزه برندگان را "سهم اساسی در تصویربرداری از داخل چشم که فرصت های جدیدی را برای درک این ابزار پیچیده نوری و بهبود بینایی از طریق مداخلات دقیق باز می کند" قدردانی می کند. تامی فریمن برای کسب اطلاعات بیشتر با دو نفر از برندگان صحبت کرد.

از زمان اختراع خود، AO چگونه بر زمینه تصویربرداری چشم تأثیر گذاشته است؟

دونالد میلر AO تنها فناوری است که امکان تجسم سلول های شبکیه را در چشم زنده فراهم می کند. و از آنجایی که بیماری و آسیب شناسی در این سطح سلولی شروع می شود، این سطحی است که ما در نهایت می خواهیم پزشکان برای تشخیص زودهنگام و درمان های موثرتر در آن عمل کنند.

به عنوان نمونه ای از آزمایشگاه خودم، اخیراً به بررسی تأثیر گلوکوم، یکی از علل اصلی نابینایی غیرقابل برگشت در جهان، بر روی سلول های گانگلیونی شبکیه - نوع سلول اولیه ای که در این بیماری می میرند و در ردیف قرار دارند، پرداخته ایم. بالای شبکیه چشم در حالی که درمان های موثر وجود دارد، متأسفانه تشخیص زودهنگام این بیماری تا زمانی که آسیب قابل توجهی رخ ندهد دشوار است. با AO، اکنون می توانیم برای اولین بار، تک تک سلول های گانگلیونی شبکیه را تحت نظر داشته باشیم و آنها را در طول زمان در این بیماران ردیابی کنیم.

با استفاده از AO همراه با توموگرافی انسجام نوری (AO-OCT)، ما دریافتیم که، حتی در چشم های تحت درمان، شاهد از دست دادن سلول های تحت بالینی هستیم. این مهم است زیرا پزشکان اکنون می‌توانند از این اندازه‌گیری‌های سطح سلولی برای تشخیص بهتر اینکه آیا درمان آنها مؤثر است یا خیر، استفاده کنند. همچنین پتانسیل قابل توجهی را برای آزمایش اثربخشی و ایمنی استراتژی های جدید محافظت کننده عصبی و احیا کننده ارائه می دهد. تجسم سلول‌های گانگلیونی شبکیه در افراد انسانی تنها در چند سال اخیر امکان‌پذیر شده است - ما در حال ورود به زمان بسیار هیجان‌انگیزی هستیم.

آستین روردا از آنجایی که درمان‌ها برای بیماری‌های اصلی کورکننده چشم، مانند دیابت، گلوکوم و دژنراسیون ماکولا در دسترس هستند، اکنون می‌توانیم از AO برای ارزیابی میزان مؤثر بودن آنها استفاده کنیم. اما بیماری‌های ارثی شبکیه دیگری نیز به دلیل جهش‌های ژنی وجود دارد که اطلاعات کمی درباره آنها وجود دارد. در آن بیماری‌های نادر، قبلاً تنها راه برای دیدن آنچه در مقیاس سلولی اتفاق می‌افتد، منتظر ماندن برای چشم اهداکننده و نگاه کردن به آن در زیر میکروسکوپ بود. AO توانایی بررسی شبکیه را در مقیاس میکروسکوپی در این بیماران باز کرده است. درمان هایی مانند ژن درمانی در افق هستند که به طور بالقوه می توانند این بیماری های ارثی را درمان یا متوقف کنند. AO آماده است نقشی کلیدی در این فرآیند ایفا کند - درک اینکه چگونه جهش روی شبکیه تأثیر می گذارد، وضعیت شبکیه را ارزیابی می کند، اگر بیمار تحت ژن درمانی قرار گیرد پیش آگهی را پیش بینی می کند و سپس اثربخشی آن درمان را اندازه گیری می کند.

فناوری AO در 25 سال گذشته چگونه پیشرفت کرده است؟

AR AO در اصل توسط فناوری موجود محدود شده بود، که تا حد زیادی برای رشته نجوم توسعه یافته بود. بنابراین آینه قابل تغییر شکل بزرگ بود و برای چشم مناسب نبود. در طول سال‌ها، زمانی که شرکت‌ها شروع به شناخت پتانسیل AO در زمینه‌های دیگر، از جمله افتالموسکوپی کردند، شروع به ساخت دستگاه‌های حسگر جبهه موج و اصلاح‌کننده‌های جبهه موج (آینه تغییر شکل‌پذیر) کردند که برای کاربردهای چشم انسان بسیار مناسب‌تر بودند.

DM هنگامی که ما برای اولین بار سیستم AO را توسعه دادیم، حدس‌های زیادی انجام دادیم: از چه نوع تصحیح جبهه موج استفاده کنیم، چه سنسور جبهه موج، سرعت حلقه و غیره. در پنج تا 10 سال آینده پیشرفت‌های زیادی در درک ما از ویژگی‌های مکانی و دینامیک زمانی انحرافات چشمی ایجاد شد. سپس مؤلفه‌های AO را تعریف کردند: به چند عملگر در تصحیح‌کننده جبهه موج خود نیاز دارید، ضربه [جابجایی محرک] چقدر باید باشد، به چند نقطه نمونه‌برداری در سراسر مردمک نیاز دارید، و سیستم AO با چه سرعتی باید حرکت کند. همه آنها در طول سالها بهینه شده اند.

به عنوان مثال، تصحیح کننده جبهه موجی که ما در سال 1997 استفاده کردیم، دارای 37 عملگر بود که سطح پشتی آینه را فشار داده و می کشد تا شکل آن را تغییر دهد، و چهار میکرون ضربه می دهد. آنهایی که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند نزدیک به 100 عملگر دارند و مرتبه بزرگی سکته مغزی بیشتری را ارائه می دهند، که مهم است زیرا چشم ها دارای انحرافات شدید هستند. که تفاوت زیادی ایجاد کرده است.

AR اکنون، هنگامی که از AO استفاده می کنید، یک دکمه را فشار می دهید و به طور خودکار در هر نقطه از ده ها تا صدها هرتز اجرا می شود. قبل از این، باید یک عکس، نقشه ای از انحرافات چشم می گرفتیم و آن را به دقت بررسی می کردیم تا مطمئن شویم که هیچ خطایی در آنالیز اولیه تصویر وجود ندارد. سپس دکمه بعدی را فشار دهید تا آن شکل روی آینه اعمال شود. بنابراین کاربر بخشی جدایی ناپذیر از سیستم AO حلقه بسته بود. جالب بود اما کند بود.

در ابتدا، دان، دیوید و جونژونگ یک دوربین استاندارد نور سیل ساختند که از طریق یک سیستم AO به شبکیه چشم می‌نگرد تا ساختار میکروسکوپی را آشکار کند. بعداً، AO را در یک سیستم اسکن قرار دادم تا یک افتالموسکوپ لیزری اسکن AO (AOSLO) ایجاد کنم که می‌تواند ویدئویی از شبکیه را ضبط کند و برش عمقی را انجام دهد. این یک پلت فرم کاملاً جدید تصویربرداری AO است. محققان دیگر نوعی تصویربرداری با کنتراست فاز را ادغام کرده‌اند که می‌تواند سلول‌های شفاف شبکیه را تجسم کند و در گروه دیوید در حال انجام تصویربرداری فلورسانس در چشم حیوانات هستند.

حوزه اصلی تحقیق شما در حال حاضر چیست؟

AR اگر موضوعی برای کاری که من در 15 سال گذشته انجام داده ام وجود داشته باشد، آن ساختار و عملکرد است. به نظر می رسد که تصویرگر AOSLO ما بهترین ردیاب چشم در جهان است. شما می توانید حرکت چشم را خیلی سریع و دقیق دنبال کنید زیرا می توانید حرکت تک سلولی را در پشت چشم ببینید. ما این کار را یک قدم فراتر بردیم و از سیستم لیزر اسکن نه تنها برای تصویربرداری از شبکیه، بلکه برای کنترل قرار دادن تصاویر روی شبکیه در مقیاس یک مخروط استفاده کردیم.

ما در حال اندازه گیری ویژگی های عملکردی در انسان های زنده بوده ایم. اگر در دستگاه بودید، می‌توانم فلاش‌های نور را به مخروط‌های جداگانه برسانم و بپرسم که آیا می‌توانید آنها را ببینید یا چه رنگی را می‌بینید. در اوایل، ما موزاییک مخروطی را ترسیم کردیم، که یکی از اکتشافات بزرگ با قابلیت AO بود. اکنون می‌توانیم آن موزاییک مخروطی را بگیریم و شروع به پرسیدن سؤالاتی در مورد مدارهای اساسی شبکیه یا ویژگی‌های اساسی بینایی رنگی انسان کنیم. در بیماری چشم هم همین کار را می کنیم. اگر به مجموعه‌ای از سلول‌ها در یک بیمار نگاه کنیم و طبیعی به نظر نمی‌رسد، به پیامدهای عملکردی آن علاقه‌مندیم - نه فقط دیدن ساختار آن شبکیه بیمار، بلکه پرسیدن در مورد نتایج بصری.

DM ما همچنین بر ساختار و عملکرد تمرکز کرده‌ایم، اما از AO-OCT استفاده می‌کنیم. مزیت بزرگ OCT رزولوشن محوری آن است که به شما امکان می دهد هر عمقی را در لایه شبکیه که می خواهید تجسم کنید، برش دهید. مخروط ها بسیار روشن هستند و کنتراست بالایی دارند، اما سایر سلول ها برای تصویربرداری بسیار سخت تر هستند زیرا نور بسیار کمتری را به عقب منعکس می کنند. ما با استفاده از AO-OCT پیشرفت زیادی داشته ایم تا از این نورون های دیگر در شبکیه در اعماق مختلف تصویربرداری کنیم. این یک گام بزرگ بود که بتوانیم سلول های گانگلیونی شبکیه را تصویر کنیم، زیرا آنها بسیار شفاف هستند و کنتراست بسیار کمی دارند.

ما همچنین از AO-OCT برای بررسی عملکرد گیرنده های نوری استفاده کرده ایم. در سال 2000، آستین و دیوید روش پیشگام تراکم سنجی شبکیه AO خود را برای طبقه بندی مخروطی توسعه دادند. بیست سال بعد، می‌توانیم از اطلاعات فاز ارائه‌شده توسط AO-OCT برای اندازه‌گیری تغییرات ظریف در ازدیاد طول این سلول‌های گیرنده نور هنگام تحریک توسط رنگ‌های مختلف نور استفاده کنیم. معلوم شد که این روش بسیار دقیق‌تر و زمان‌برتر برای انجام طبقه‌بندی مخروطی است و نمونه خوبی از تکامل فناوری تصویربرداری AO است.

پیشرفت رشته AO را در آینده چگونه می بینید؟

AR در آزمایشگاه من، ما روی معیارهای ذهنی عملکرد مانند حرکات چشم، دقت و دید رنگ تمرکز زیادی داریم. اما من تصور می کنم که با تکامل تکنیک های AO، ما قادر خواهیم بود ویژگی های عملکردی اکثر کلاس های سلولی در شبکیه را اندازه گیری کنیم. در حال حاضر، دان با استفاده از AO-OCT تصاویر زیبایی از سلول های گانگلیونی تولید کرده است. اینها آخرین سلول ها هستند قبل از اینکه سیگنال های شبکیه به مغز برسد، بنابراین دسته ای از نورون ها هستند که ما به عملکرد آنها بسیار علاقه مندیم. با استفاده از روش های فاز یا روش هایی که در حال حاضر حتی نمی توانیم آنها را تصور کنیم، ممکن است بتوانیم برای اندازه گیری ویژگی های عملکردی آن و سایر نورون ها در شبکیه.

تصویربرداری زیر پراش از چشم انسان، گیرنده های نوری را با جزئیات بی سابقه ای تجسم می کند

دیوید، دان و من در تحقیقات اولیه غوطه ور هستیم، اما افراد زیادی هستند که به این فکر می کنند که چگونه این سیستم ها را وارد کلینیک کنند. AO آسان نیست و ارزان نیست، این یک فناوری پیچیده است، بنابراین مسیر رسیدن به کلینیک آسان نیست. در حال حاضر چند شرکت وجود دارند که دستگاه های تصویربرداری AO را می فروشند، اما به طور معمول از آنها استفاده نمی شود.

DM حوزه AO بین تلاش برای بهبود عملکرد AO در مقابل قابل دسترس‌تر کردن و تجاری‌سازی AO کاهش می‌یابد. در آزمایشگاه‌های خود، ما در تلاش برای دستیابی به بهترین عملکرد، اصلاح انحرافات و گرفتن تصاویر واضح‌تر برای اهداف تحقیقاتی یا بالینی هستیم. اما یک طرف کاملاً دیگر وجود دارد که این فناوری را برای فشرده‌تر کردن، ارزان‌تر و خودکارتر کردن آن تحت فشار قرار می‌دهد. پتانسیل واقعی ازدواج AO با SLO و OCT برای استفاده تجاری است. من فکر می کنم که این فقط یک مسئله زمان است.

• جایزه رتبه که در سال 1972 توسط صنعتگر و بشردوست بریتانیایی لرد جی آرتور رنک تأسیس شد، هر دو سال یکبار در زمینه های تغذیه و اپتوالکترونیک اعطا می شود. جایزه به طور رسمی در 1 ژوئیه 2024 اهدا خواهد شد.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/adaptive-optics-pioneers-win-rank-prize-for-retinal-imaging-breakthroughs/