Os pesquisadores desenvolveram e demonstraram o primeiro instrumento oftalmológico portátil com tecnologia óptica adaptativa de aumento de resolução que pode gerar imagens de fotorreceptores individuais no olho. O novo instrumento portátil permitirá um diagnóstico aprimorado de doenças oculares e poderá permitir a detecção precoce de traumas e doenças relacionadas ao cérebro.

No Optica , O jornal da Optical Society para pesquisas de alto impacto, os pesquisadores relatam seu novo instrumento leve, que mede apenas 10 por 5 por 14 centímetros. Eles testaram o dispositivo em crianças e adultos, demonstrando sua capacidade de capturar imagens até de fotorreceptores muito pequenos próximos ao centro da retina que desempenham um papel fundamental na visão.

Fotorreceptores, neurônios especializados que convertem a luz que entra no olho em sinais enviados ao cérebro, são os únicos neurônios do corpo que podem ser visualizados de forma não invasiva. Fotorreceptores de imagem não são importantes apenas para diagnosticar doenças oculares, mas também podem fornecer informações sobre os processos que ocorrem no cérebro. Estudos preliminares mostraram que mudanças na retina podem ser observadas durante os estágios iniciais de doenças como Alzheimer e após lesões cerebrais traumáticas, como concussões.

"Até agora, os sistemas de imagem necessários para imagens de fotorreceptores de alta resolução consistiam em grandes, componentes pesados ​​em uma mesa óptica que só poderia ser usada com adultos cooperativos sentados em pé, "disse o líder da equipe de pesquisa Sina Farsiu dos Departamentos de Engenharia Biomédica e Oftalmologia da Duke University, Carolina do Norte. "Nosso sistema portátil de mão pode expandir esta importante técnica de imagem para crianças e bebês, bem como para adultos que podem não ser capazes de sentar-se eretos e olhar fixamente para a frente. "

O sistema pode ser usado em pessoas que estão reclinadas durante a cirurgia, por exemplo, Relatórios da equipe de Farsiu. Também pode ajudar os médicos a avaliar rapidamente possíveis traumas cerebrais, como em jogadores de futebol que saem do campo com ferimentos na cabeça.

"Por causa da resolução limitada da ressonância magnética - o método padrão para imagens do cérebro em pessoas vivas - a avaliação de doenças ou traumas cerebrais com base na ressonância magnética não pode ser feita no nível de células individuais, "disse Farsiu." Na retina, entretanto, fotorreceptores individuais podem ser visualizados em resolução 100 vezes maior do que usando imagens cerebrais, permitindo que mudanças muito sutis sejam vistas. "

Reduzindo a ótica

Para obter imagens de fotorreceptores hoje, os médicos costumam usar um dispositivo conhecido como oftalmoscópio a laser de varredura óptica adaptativa (AOSLO). Embora a óptica adaptativa melhore muito a resolução em comparação com um oftalmoscópio a laser de varredura padrão, os componentes ópticos necessários também aumentam o tamanho, peso e custo de todo o sistema.

A tecnologia de óptica adaptativa aumenta a qualidade da imagem usando um componente óptico chamado sensor de frente de onda para detectar a distorção da luz causada pelo olho. Um espelho deformável que muda rapidamente de forma é então usado para compensar a distorção de luz detectada, levando a imagens mais claras.

Para reduzir os componentes em um AOSLO, os pesquisadores desenvolveram um novo algoritmo para realizar a detecção de frente de onda. "Outros pesquisadores mostraram que o sensor de frente de onda pode ser substituído por um algoritmo, mas esses algoritmos não são rápidos o suficiente para serem usados ​​em um dispositivo portátil, "disse Farsiu." O algoritmo que desenvolvemos é muito mais rápido do que as técnicas utilizadas anteriormente e tão preciso quanto. "

Os pesquisadores também incorporaram um espelho deformável à base de MEMS disponível comercialmente, medindo apenas 10,5 milímetros de diâmetro. "O design óptico e mecânico combinado com nosso novo algoritmo tornou possível criar o dispositivo portátil, "disse o especialista em óptica da Duke e membro da equipe Joseph Izatt." Os sistemas ópticos adaptativos são muito sensíveis a vibrações ou movimentos leves, mas projetamos nosso sistema para ser muito estável. A ótica fica alinhada quando o sistema é transportado, e também pode compensar os movimentos das mãos durante o uso. "

Imagens em pessoas

Eles usaram seu novo sistema, chamado HAOSLO para AOSLO portátil, para obter imagens das retinas de 12 voluntários adultos saudáveis ​​e duas crianças sob anestesia. A aplicação do sistema em uma criança de 31 meses representa o primeiro uso da óptica adaptativa para fotorreceptores de imagem em crianças.

Os fotorreceptores nos olhos adultos tornam-se gradualmente menores em direção a uma área no centro da retina conhecida como fóvea. O sistema HAOSLO foi capaz de gerar imagens de fotorreceptores tão próximos quanto 1,4 graus excêntricos da fóvea, onde os fotorreceptores têm um espaçamento médio de apenas 4,5 mícrons. O mais próximo que foi alcançado sem a óptica adaptativa foi de 3,9 graus. Antes de iniciar ensaios clínicos em grande escala com o instrumento, os pesquisadores planejam incorporar modalidades de imagem adicionais úteis para detectar doenças.

Para ajudar outros cientistas a adaptar seu sistema para aplicações específicas, os pesquisadores fizeram os projetos ópticos e mecânicos, algoritmos computacionais e software de controle para o novo sistema HAOSLO disponíveis online gratuitamente.