Sztuczna inteligencja zbada chore oko

Wynaleziony przez prof. Macieja Wojtkowskiego tomograf do badania siatkówki oka, który pozwala na stosowanie w okulistyce tomografii optycznej z detekcją fourierowską, zajął piąte miejsce w konkursie „100 lat medycznych innowacji w Polsce", organizowanym przez „Rzeczpospolitą" we współpracy z firmą Philips Polska.

W konkursie uhonorowano najważniejsze innowacje, jakie powstały w polskiej medycynie w ciągu ostatnich 100 lat. Okres ten przyjęto umownie i za zgodą kapituły, w przypadku niektórych innowacji cofnięto się do początku XX w. O zwycięstwie zdecydowały głosy ponad 100 osób – specjalistów w dziedzinie medycyny, tworzących tzw. dużą kapitułę. Laureatów wybrano spośród 29 kandydatur zaproponowanych przez tzw. małą kapitułę, złożoną z przedstawicieli redakcji, partnerów, patronów oraz najznamienitszych osobistości polskiego świata medycznego.

Łatwiej postawić diagnozę

Wynalazek prof. Macieja Wojtkowskiego i jego zespołu polegał na ulepszeniu metody tomografii optycznej (Optical Coherence Tomography, OCT) przy wykorzystaniu detekcji fourierowskiej (Transformata Fouriera to podstawowe narzędzie analizy harmonicznej i teorii analizy oraz przetwarzania sygnału). W efekcie uzyskano możliwość nieinwazyjnej, błyskawicznej obserwacji patologicznych zmian siatkówki, np. jaskry, zwyrodnienia plamki, otworów w plamce, odklejenia siatkówki i innych.

– Dzięki wynalazkowi prof. Wojtkowskiego i jego zespołu można było wprowadzić dokładniejszą diagnostykę chorób siatkówki, szczególnie plamki, oraz nerwu wzrokowego. Wcześniej do badania wykorzystywano oftalmoskop, soczewkę Volka oraz angiografię fluoresceinową, czyli badanie z podaniem kontrastu dożylnego. Przeprowadzano także badanie OCT w oparciu o domenę czasową – tłumaczy prof. Jacek P. Szaflik, kierownik Katedry i Kliniki Okulistyki Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego (WUM).

Dodaje, że nowy sposób uzyskania obrazu z wykorzystaniem detekcji fourierowskiej sprawił, że badanie może być bardziej efektywne. – Umożliwiło to szybszą, dokładniejszą i tańszą diagnostykę pacjentów, szczególnie ze zwyrodnieniem plamki, związaną z wiekiem i jaskrą. Zastosowanie tej metody ulepszyło diagnostykę w codziennej pracy okulisty i przyczyniło się do skuteczniejszego leczenia pacjentów – dodaje prof. Jacek P. Szaflik.

Za opracowanie i wprowadzenie do praktyki okulistycznej tej metody prof. Maciej Wojtkowski został w 2012 r. wyróżniony Nagrodą na rzecz Nauki Polskiej. 46-letni dziś naukowiec, specjalizujący się w optyce stosowanej, fizyce medycznej i doświadczalnej, w 1999 r. ukończył fizykę na Uniwersytecie Mikołaja Kopernika w Toruniu, a w 2003 r. doktoryzował się w Instytucie Fizyki na Wydziale Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej na podstawie pracy „Spektralna tomografia optyczna z użyciem światła częściowo spójnego w zastosowaniach medycznych". Jego praca habilitacyjna z 2010 r. dotyczyła nagrodzonego wynalazku i nosiła tytuł: „Obrazowanie za pomocą tomografii optycznej OCT z detekcją fourierowską". W macierzystej uczelni doszedł do stopnia profesorskiego.

Dynamika i plastyka ludzkiego oka

Pracował naukowo na prestiżowych uczelniach zagranicznych – na Uniwersytecie Wiedeńskim (1998–2001) i bostońskim Massachusetts Institute of Technology (MIT) (2003–2005). Staże naukowe odbywał także na uczelniach w Wielkiej Brytanii i Australii.

Członek Komitetu Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej Polskiej Akademii Nauk (PAN), w 2016 r. w wyniku międzynarodowego konkursu został wybrany na kierownika Zakładu Chemii Fizycznej Układów Biologicznych w Instytucie Chemii Fizycznej PAN, którego utworzenie sfinansowała Unia Europejska w ramach programu „Horyzont 2020". Autor publikacji w prestiżowych czasopismach naukowych, jak „Optics Express", „Journal of Biomedical Optics", „Ophthalmology" czy „Optics Letters".

Prof. Wojtkowski może zadziwić świat kolejnym wynalazkiem. Od 2019 r. jest kierownikiem ośrodka badawczego – Międzynarodowego Centrum Badań Oka (MCBO) przy ICHF PAN, którego jest współzałożycielem.

Twórcy MCBO obrali sobie za cel badania nad dynamiką i plastycznością ludzkiego oka oraz opracowanie nowych terapii i narzędzi diagnostycznych pomocnych w przypadku dysfunkcji wzroku.

Jak podczas otwarcia centrum tłumaczył prof. Wojtkowski, zbadanie dynamiki i plastyczności ludzkiego oka przełoży się na opracowanie nowych terapii i narzędzi diagnostycznych. „Jest to o tyle istotne, że wraz z przyrostem średniej długości życia ludzi w krajach rozwiniętych, upośledzenie i utrata widzenia dotykają coraz większej liczby osób. Na ten postępujący w skali globalnej problem zwracają uwagę takie organizacje, jak Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) czy Międzynarodowa Agencja do Zapobiegania Ślepocie" – podkreśla prof. Wojtkowski na oficjalnej stronie MCBO.

Jak tłumaczą twórcy MCBO, „widzenie to skomplikowany i wieloetapowy proces, o którym obecnie wiemy już bardzo dużo, głównie dzięki ogromnemu postępowi, jaki dokonał się w genetyce, proteomice czy technikach obrazowania. Mimo to etiologia wielu chorób oczu, zwłaszcza dotyczących siatkówki, wciąż pozostaje zagadką. Aby przybliżyć się do rozwikłania tej zagadki, konieczne jest bardziej całościowe zrozumienie złożonych mechanizmów komórkowych odpowiedzialnych za prawidłowe funkcjonowanie siatkówki oraz objaśnienie wpływu poszczególnych cząsteczek na występowanie zmian zwyrodnieniowych w tej tkance".

Nowatorskie techniki

Aby móc weryfikować kolejne odkrycia, niezbędne jest opracowanie nowych metod wizualizacji mikrostruktury siatkówki w warunkach in vivo. „Zamierzamy pokonać istniejące dziś ograniczenia fizyczne i opracować nowe metody i narzędzia do nieinwazyjnego, bezpiecznego i powtarzalnego obrazowania siatkówki oka w oparciu o nowatorskie techniki obrazowania z czasoprzestrzenną modulacją fazy zintegrowaną z wielofotonową mikroskopią fluorescencyjną" – twierdzi prof. Wojtkowski na stronie MCBO.

Dodaje, że opracowane przez naukowców narzędzia umożliwią ocenę nie tylko aspektów morfologicznych, ale również czynnościowych poszczególnych komórek siatkówki. A to z kolei otworzyć ma bezprecedensowe możliwości dla okulistyki poprzez dostarczenie informacji na temat zmian czynnościowych związanych z wiekiem czy leczeniem farmakologicznym. Połączenie innowacyjnych metod wizualizacji siatkówki oraz najnowszych odkryć w dziedzinie farmakologii pozwoli naukowcom na zaproponowanie alternatywnych metod leczenia skomplikowanych chorób siatkówki.

Niewykluczone, że odkrycia polskich naukowców pozwolą na to, że oko będzie można zdiagnozować przy pomocy smartfona – mówił prof. Wojtkowski w wywiadzie dla „Polityki".

Wpływ na pogorszenie się widzenia wielu osób miała pandemia, która zmusiła miliony ludzi do pozostania w domach i zmiany kontaktów osobistych na zdalne. Według niektórych badań dziś wpatrujemy się w ekrany komputerów i smartfonów nawet dwie do trzech godzin dłużej niż przed wybuchem pandemii. Według danych WHO na całym świecie z powodu słabego wzroku cierpi nawet 3 mld ludzi.

Najmłodszy wśród nagrodzonych

W konkursie „100 lat medycznych innowacji w Polsce" wynalazek prof. Wojtkowskiego i jego zespołu uplasował się tuż za pierwszym udanym przeszczepieniem serca w Polsce, jakiego w 1985 r. dokonał zespół prof. Zbigniewa Religi, wynalezieniem pierwszej sondy do badania struktur serca przez prof. Tomasza Cieszyńskiego, a także pionierskimi operacjami wszczepienia implantu ślimakowego przez prof. Henryka Skarżyńskiego.