Los investigadores han desarrollado y demostrado el primer instrumento de oftalmología portátil con tecnología de óptica adaptativa que aumenta la resolución y que puede obtener imágenes de fotorreceptores individuales en el ojo. El nuevo instrumento portátil permitirá un mejor diagnóstico de enfermedades oculares y podría permitir la detección temprana de enfermedades y traumas relacionados con el cerebro.

En Optica , La revista de la Optical Society para investigaciones de alto impacto, los investigadores informan sobre su nuevo instrumento liviano, que mide solo 10 por 5 por 14 centímetros. Probaron el dispositivo en niños y adultos, demostrando su capacidad para capturar imágenes incluso de los fotorreceptores muy pequeños cerca del centro de la retina que juegan un papel clave en la visión.

Fotorreceptores, neuronas especializadas que convierten la luz que entra al ojo en señales enviadas al cerebro, son las únicas neuronas del cuerpo de las que se pueden obtener imágenes de forma no invasiva. Los fotorreceptores de imágenes no solo son importantes para diagnosticar enfermedades oculares, sino que también podrían proporcionar información sobre los procesos que ocurren en el cerebro. Los estudios preliminares han demostrado que se pueden observar cambios en la retina durante las primeras etapas de enfermedades como el Alzheimer y después de lesiones cerebrales traumáticas como las conmociones cerebrales.

"Hasta ahora, Los sistemas de imágenes requeridos para la obtención de imágenes por fotorreceptores de alta resolución consistían en grandes, componentes pesados ​​en una mesa óptica que solo se puede usar con adultos cooperativos sentados en posición vertical, "dijo la líder del equipo de investigación Sina Farsiu de los Departamentos de Ingeniería Biomédica y Oftalmología de la Universidad de Duke, Carolina del Norte. "Nuestro sistema de mano portátil podría expandir esta importante técnica de imágenes a niños y bebés, así como a los adultos que tal vez no puedan sentarse erguidos y mirar al frente ".

El sistema podría usarse en personas que están en una posición reclinada mientras se someten a una cirugía, por ejemplo, Informes del equipo de Farsiu. También podría ayudar a los médicos a evaluar rápidamente un posible trauma cerebral, como en los jugadores de fútbol que salen del campo con lesiones en la cabeza.

"Debido a la resolución limitada de la resonancia magnética, el método estándar para obtener imágenes del cerebro en personas vivas, la evaluación de enfermedades o traumatismos cerebrales basada en resonancia magnética no se puede realizar a nivel de células individuales, "dijo Farsiu." Sin embargo, en la retina, los fotorreceptores individuales se pueden obtener con una resolución 100 veces mayor que con las imágenes cerebrales, permitiendo que se vean cambios muy sutiles ".

Encogiendo la óptica

Hoy en día, para obtener imágenes de los fotorreceptores, los médicos suelen utilizar un dispositivo conocido como oftalmoscopio láser de escaneo de óptica adaptativa (AOSLO). Aunque la óptica adaptativa mejora en gran medida la resolución en comparación con un oftalmoscopio láser de escaneo estándar, los componentes ópticos requeridos también aumentan el tamaño, peso y costo del sistema general.

La tecnología de óptica adaptativa aumenta la calidad de la imagen mediante el uso de un componente óptico llamado sensor de frente de onda para detectar la distorsión de la luz causada por el ojo. A continuación, se utiliza un espejo deformable que cambia rápidamente de forma para compensar la distorsión de la luz detectada. conduciendo a imágenes más claras.

Para encoger los componentes dentro de un AOSLO, los investigadores desarrollaron un nuevo algoritmo para realizar la detección de frente de onda. "Otros investigadores han demostrado que el sensor de frente de onda puede ser reemplazado por un algoritmo, pero estos algoritmos no han sido lo suficientemente rápidos como para usarse en un dispositivo portátil, ", dijo Farsiu." El algoritmo que desarrollamos es mucho más rápido que las técnicas utilizadas anteriormente e igual de preciso ".

Los investigadores también incorporaron un espejo deformable basado en MEMS disponible comercialmente que mide solo 10,5 milímetros de diámetro. "El diseño óptico y mecánico combinado con nuestro nuevo algoritmo hizo posible crear el dispositivo de mano, ", dijo el experto en óptica de Duke y miembro del equipo Joseph Izatt." Los sistemas de óptica adaptativa son muy sensibles a leves vibraciones o movimientos, pero diseñamos nuestro sistema para que sea muy estable. La óptica permanece alineada cuando se transporta el sistema, y también puede compensar los movimientos de la mano durante el uso ".

Imágenes en personas

Usaron su nuevo sistema, llamado HAOSLO para AOSLO portátil, para visualizar las retinas de 12 voluntarios adultos sanos y dos niños bajo anestesia. La aplicación del sistema en un niño de 31 meses representa el primer uso de la óptica adaptativa para los fotorreceptores de imágenes en niños.

Los fotorreceptores en los ojos de los adultos se vuelven gradualmente más pequeños hacia un área en el centro de la retina conocida como fóvea. El sistema HAOSLO pudo obtener imágenes de fotorreceptores tan cerca como 1.4 grados excéntricos de la fóvea, donde los fotorreceptores tienen un espaciado promedio de solo 4.5 micrones. Lo más cercano que se había logrado sin la óptica adaptativa fue de 3,9 grados. Antes de iniciar ensayos clínicos a gran escala con el instrumento, los investigadores planean incorporar modalidades de imágenes adicionales útiles para detectar enfermedades.

Para ayudar a otros científicos a adaptar su sistema para aplicaciones específicas, los investigadores hicieron los diseños ópticos y mecánicos, algoritmos computacionales y software de control para el nuevo sistema HAOSLO disponible en línea sin costo.