ההתפתחות של אוקטובר להדמיית רשתית והתערבות מחלות

בראיון זה, מומחה התעשייה ד"ר ייפן ג'יאן דן בהתקדמות בטומוגרפיה של קוהרנטיות אופטית של אולטרה-שדה (OCT), אתגרים בהדמיה רשתית, תפקידו של AI בביו-פוטוניקה ועתיד הדמיה אופטלמית במהירות גבוהה.

האם אתה יכול לספר לנו על מסלול הקריירה שלך ומה הוביל אותך להתמחות בביו -פוטוניקה וטומוגרפיה של קוהרנטיות אופטית (אוקטובר)?

התחלתי את המסע האקדמי שלי בסין, שם סיימתי את התואר הראשון באופטיקה בשנגחאי. לאחר מכן עברתי לוונקובר, קנדה, לתואר שלישי, שם התמחה בביו -פוטוניקה. ואז התוודעתי לראשונה ל- OCT, יישומי הדמיית העיניים ואופטיקה אדפטיבית. המפקח שלי היה אחד החוקרים המוקדמים באוקטובר, כך שהייתה לי הזדמנות לעבוד עם מערכות OCT והדמיה שונות המיועדות לקטעי העיניים הקדמיים והאחוריים.

לאחר שסיימתי את הדוקטורט שלי בשנת 2014, נשארתי בוונקובר כמה שנים לפני שגויסתי על ידי ד"ר דייוויד הואנג-אחד המפגשים המשותפים של אוקטובר-באוניברסיטת בריאות ומדע באורגון (OHSU). הצטרפתי לפקולטה כדי להמשיך ולפתח שם אוקטובר ומערכות הדמיה עיניים אחרות. הקריירה שלי נותרה מושרשת באקדמיה, תוך התמקדות כוללת בקידום המחקר בתחום זה.

כיצד התפתחו התחומים הללו מאז שהתחלת את המחקר שלך?

לאוקטובר תמיד היה מיקוד תרגומי חזק. מאז ההמצאה והפטנט המוקדם שלה, היא ממוסחרת במהירות, מה שהוביל לחברות רבות המייצרות ופריסה של מערכות OCT ברחבי העולם. כיום, אוקטובר הוא אחד מכלי האבחון החשובים ביותר ברפואת עיניים, במיוחד למחלות רשתית. עלייתו הייתה במקביל לפיתוח טיפולים חדשים במצבי רשתית, כגון טיפול נגד VEGF. זה מאפשר לרופאים לקבוע במדויק מתי להתחיל טיפולים יעילים מאוד אלה.

מנקודת מבט טכנולוגית, אחת ההתקדמות העיקרית הייתה הגידול הדרמטי במהירות אוקטובר. מערכות מוקדמות יכולות לתפוס עשרות למאות סריקות בשנייה, ואילו מערכות מודרניות פועלות במיליוני סריקות בשנייה. החוקרים עבדו גם על שיפור הרזולוציה צירית ורוחבית באמצעות טכניקות כמו אופטיקה אדפטיבית.

מעבר להדמיה מבנית, צצו מנגנוני ניגודיות חדשים, כמו אנגיוגרפיה של OCT לצורך הדמיה של כלי דם ואופטורטינוגרפיה כדי ללמוד כיצד קולטני פוטו מגיבים לאור. טכניקות מתעוררות אחרות כוללות שימוש ב- OCT למדידת רוויה בחמצן ברמת הנימים, במיוחד עם אור גלוי אוקטובר.

כשעברתי ל- OHSU, המיקוד שלי עבר לקראת הרחבת שדה הראייה. במקום להתקרב כדי לתפוס פרטים סלולריים זעירים, עבדתי על הדמיה של הרשתית כולה, תוך מתן מבט מקיף של בריאות הרשתית שהיא קריטית ליישומים קליניים.

קרדיט תמונה: ד"ר ג'יאן, אוניברסיטת OHSU

מה היו כמה אתגרים מרכזיים בפיתוח מערכות אוקטובר השדה Ultrawide, וכיצד הם מקדמים את ההדמיה לתנאי רשתית מורכבים?

פיתוח אולטרה-שדה אוקטובר אוקטובר מגיע עם אתגרים מרובים. הראשון הוא זמן סריקה – ככל שתגדיל את שדה הראייה, המערכת זקוקה ליותר זמן כדי לסרוק את האזור כולו ולאסוף נתונים. זה מאריך את מפגשי ההדמיה, ומגדיל את הסבירות לממצאי תנועה ואי נוחות בחולה. הפיתרון הוא מערכות אוקטובר במהירות גבוהה יותר, אותן אנו משיגים באמצעות טכנולוגיית לייזר מתקדמת.

האתגר השני הוא עומק ההדמיה. גלגל העין מעוקל, ולכן אנו זקוקים לטווח הדמיה עמוק יותר כאשר אנו מרחיבים את שדה הראייה. מערכות OCT-מקור סחורות דורשות דיגיטייזרים במהירות גבוהה וכלים לעיבוד נתונים מתוחכמים. אנו מתייחסים לכך באמצעות GPUs כדי לעבד נתונים בזמן אמת.

האתגר השלישי והגדול ביותר היה אופטיקה. היינו זקוקים למערכת אופטית באיכות גבוהה עם עדשות מעוצבות בהתאמה אישית כדי לכוון אור ביעילות על פני הרשתית כולה. רכיבים מחוץ למדף לא תוכננו ל- OCT בשדה Ultrawide, כך שהם לא סיפקו את איכות התמונה שהיינו צריכים.

בתחילה, ניסינו להתאים עדשות עיניים המשמשות במצבי הדמיה אחרים, אך הם לא עברו אופטימיזציה ל- OCT, ולכן לא היו להם את האיכות והביצועים האופטיים הנדרשים למטרות ההדמיה של שדה אולטרה רחב.

איך התחיל שיתוף הפעולה שלך עם אוונטייה, ומה משך אותך לעבוד איתם?

כשהבנו כי עדשות עיניים קיימות אינן מספיקות עבור אוקטובר השדה האולטרה-שטח, ידענו שעלינו לתכנן ולייצר את האופטיקה המותאמת אישית שלנו. זה דרש צלילה עמוקה לתוכנת תכנון וסימולציה אופטית כדי לפתח מערכות עדשות בעלות ביצועים גבוהים.

כשהתחלנו לחפש שותף לייצור, אוונטייה בלט את יכולתו לייצר אופטיקה באיכות גבוהה תוך שמירה חסכונית. בהשוואה לחברות אחרות, Avantier הציעה גישה סבירה ובמחיר סביר, שהייתה מכריעה עבורנו כאשר העזנו לראשונה לעיצוב עדשות בהתאמה אישית.

התוצאות היו מצטיינות-המערכות שלנו מספקות כעת תמונות באיכות גבוהה, אולטרה-שדה-שדה המשמשות במרפאות במצבים כמו רטינופתיה סוכרתית וביחידות טיפול נמרץ בילודים כדי לסקר תינוקות מוקדמים לרטינופתיה של פגיעות.

שיתוף פעולה זה איפשר לנו לדחוף את גבולות ה- Ultrawide-Field OCT, מה שמבטיח שהמערכות שלנו להשיג את הביצועים הגבוהים ביותר האפשריים הן עבור יישומים מחקריים והן עבור יישומים קליניים.

תמונה לדוגמא של העינית. קרדיט תמונה: Avantier

האם תוכל לדון במשמעותן של מערכות אוקטובר השדה Ultrawide בהדמיית רשתית וכל התפתחויות אחרונות מהמעבדה שלך בתחום זה?

מערכות ה- Ultrawide-Field שלנו של אוקטובר הרחיבו משמעותית את היקף הדמיה ברשתית. תצורות כף יד ושולחן עבודה מאפשרות ניתוח מקיף של הקטעים הקדמיים והאחוריים של העין, שיש להם יישומים חשובים בתנאים כמו רטינופתיה סוכרתית או ניוון מקולרי הקשור לגיל.

אחת ההתקדמות הגדולה ביותר במעבדה שלי הייתה פיתוח מערכת שיכולה לתפוס שחזור תלת ממדי כמעט שלם של כל גלגל העין בסריקה יחידה. טכנולוגיה זו חשובה במיוחד לניהול קוצר ראייה, ומאפשרת לנו לעקוב אחר צורת העיניים משתנה.

אנו משתמשים גם ב- Ultrawide-Field OCT באונקולוגיה של העיניים כדי למדוד במדויק גידולים בתוך העין. שיטות הדמיה מסורתיות כמו MRI או אולטראסאונד חסרות את הרזולוציה הדרושה, ואילו אוקטובר מספק מידע מבני מפורט מאוד.

מוקד מרכזי נוסף היה הגדלת מהירות ההדמיה. פיתחנו מערכות חדשות שמקרינות שורות אור שלמות במקום לסרוק כתמים בודדים. זה מאפשר לנו לרכוש תמונות במקביל, ולהאיץ משמעותית את התהליך. אנו בוחנים גם תוכניות תאורה שונות כדי לשפר את ניגודיות הרקמות, וחושפים שכבות רשתית שקשה היה להבחין בהן בעבר.

אילו התקדמות אתה צופה AI להביא לביו -פוטוניקה?

ל- AI יש פוטנציאל לשנות הדמיית רשתית. יישום אחד מבטיח הוא שימוש ב- AI לניתוח סריקות אוקטובר לסימנים של מצבים בריאותיים מערכתיים כמו מחלות לב וכלי דם, אלצהיימר והפרעות נוירולוגיות אחרות.

הרשתית מספקת חלון ייחודי לבריאות הכללית – אלגוריתמים AI יכולים לחלץ סמנים ביולוגיים עדינים מתמונות OCT שקשה לאיתור משקיפים אנושיים, מה שעלול לשפר באופן מאסיבי יכולות אבחון.

עם זאת, כדי שזה יגיע למלוא הפוטנציאל שלו, אנו זקוקים לגישה רחבה למערכות OCT משתלמות. אם מכשירים בעלות נמוכה היו זמינים במקומות כמו בתי מרקחת או חנויות קמעונאיות אופטיות, בדיקת אוקטובר המופעלת על ידי AI עשויה להפוך לחלק שגרתי של שירותי הבריאות, מה שהופך את גילוי המחלות המוקדמות לנגיש בהרבה.

קרדיט תמונה: תמונות תיאור/Shutterstock.com

בין הפרסומים הרבים שלך, האם ישנם מחקרים או ממצאים מסוימים שהשפיעו באופן משמעותי על התחום שלך או להחזיק לך משמעות אישית?

אחת העבודות המוקדמות והמשפיעות ביותר שלי הייתה על עיבוד תמונת אוקטובר המואץ של GPU. OCT מייצרת כמויות אדירות של נתונים, ועיבודם בזמן אמת הוא קריטי, במיוחד ליישומים כמו הדמיה בילודים, שם תינוקות לא יישארו בשקט לאורך זמן. מעבדים מסורתיים לא היו מספיק מהירים, ולכן פיתחנו מערכת המשתמשת ב- GPUs – במיוחד כרטיסי מסך nvidia – כדי להאיץ באופן דרמטי את התהליך.

יכולת עיבוד תמונה בזמן אמת זו שינתה את האופן בו אנו משתמשים ב- OCT. זה מאפשר לקלינאים לראות את השקפות הרשתית של חתך רוחבי ותלת מימד באופן מיידי תוך כדי סריקה, ומספק משוב מיידי לאבחון. התוכנה שפיתחנו לפני למעלה מעשור עדיין נמצאת בשימוש נרחב במעבדות מחקר ברחבי העולם כיום.

המחקר שלי על אופטיקה אדפטיבית להדמיה ברזולוציה גבוהה היה תרומה משמעותית נוספת. פיתחנו מערכת שאינה מסתמכת על חיישני חזית גל אלא במקום זאת מייעלת באופן איטרטיבי את איכות התמונה. טכניקה זו מיושמת בהצלחה על הדמיה של בעלי חיים קטנים.

עבודתי בנושא רטינופתיה של פגיעות בטרדות הייתה משמעותית במיוחד לאחרונה. בעזרת אוקטובר כף יד של שדה אולטרה-שדה, הגדרנו מחדש את קריטריוני האבחון של המחלה, וזיהינו סמנים ביולוגיים חדשים שלא היו ניתנים לגילוי בעבר עם הדמיה קונבנציונאלית-זה יכול לשפר את האבחנה והטיפול המוקדמים.

קרדיט תמונה: ד"ר ג'יאן, אוניברסיטת OHSU

מה החזון שלך לעתיד אוקטובר וטכנולוגיות הדמיה אחרות במהלך 5-10 השנים הבאות?

אני רואה במהירות את הגורם המכונן בעתיד אוקטובר. מערכות מסחריות נוכחיות עדיין איטיות יחסית בהשוואה למכשירים בדרגה מחקרית. אוקטובר במהירות גבוהה יותר יאפשר הדמיה גדולה יותר של שדה תצוגה והערכות פונקציונליות כמו Optoretinography, שיכולות להעריך את תפקוד הקולטן בזמן אמת.

במחקר, נמשיך לדחוף לרזולוציה גבוהה יותר ולמנגנוני ניגודיות טובים יותר, כמו מיפוי רוויה בחמצן. עיצוב אופטי מהורהר יהיה קריטי כדי לדחוף את הגבולות של מה שאוקטובר יכול לחשוף.

איזו עצה היית נותן לסטודנטים או לחוקרי קריירה מוקדמת המעוניינים בהדמיה ביו-רפואית?

אני מעודד חוקרים צעירים להתמקד בפרויקטים עם פוטנציאל תרגומי חזק. במסגרת קלינית אתה רואה אתגרים בעולם האמיתי באבחון וטיפול-התפקיד שלנו כחוקרים הוא לפתח פתרונות שיכולים להשפיע ממש.

העבודה על טכנולוגיות הניתנות ליישום במסגרת זמן של 5-10 שנים היא מתגמלת להפליא. בין אם באקדמיה או בתעשייה, עדיפות למחקר שיכול לשפר את תוצאות המטופלים היא הדרך הטובה ביותר לתרום משמעותית לתחום.

על ד"ר ייפן ג'יאן

ד"ר ייפן ג'יאן הוא פרופסור חבר במכון קייסי העין המתמחה בהדמיה אופטית. הוא הרוויח את הדוקטורט שלו. מאוניברסיטת סיימון פרייזר בשנת 2014 והצטרפה לימים באוניברסיטת אורגון בריאות ומדע (OHSU) לקידום טכנולוגיית אוקטובר להדמיה עיניים, כולל עיבוד בזמן אמת וחידושים באופטיקה אדפטיבית. נכון לעכשיו, המיקוד העיקרי שלו במחקר הוא קידום מערכות ה- Ultrawide-Field Systems.