Warum sollten Sie ein Astronom danken, zur Verhütung von Blindheit

Wir sind, als Carl Sagan einst sagte, Sterne aus Stoff gemacht – und jetzt, kann Ihr Arzt eine Technologie entwickelt, die für das Studium der Sterne verwenden, um das Innenleben Ihrer Augen zu untersuchen. Hier ist, wie es funktioniert – und könnte eines Tages sparen Sie von Blindheit.

Astronomen verwenden eine Technologie namens adaptiven Optik zur Korrektur Unschärfe in Bilder von Teleskopen. Das System funktioniert durch Kippen, drehen und beugen Teleskopspiegel um Verzerrungen im Licht von fernen Sternen zu korrigieren. Jetzt kann eine Miniaturversion Augenärzte korrigieren Unschärfe in Bildern des Auges, offenbart mikroskopische Details, die Ärzte vor in live Patienten sehen konnte nicht helfen.

Adaptiver Optik gibt es schon seit Mitte der 2000er Jahre, aber die Hardware ist zu teuer für die durchschnittliche Klinik gewesen. Jetzt, sagt ein Team von Forschern, dass sie Computer-Software entwickelt haben, die die Unschärfe ohne zusätzliche Hardware zu korrigieren. Universität von Illinois Arzt und Ingenieur Stephen Boppart und seine Kollegen veröffentlicht ein Papier auf ihre neue Technik in der Zeitschrift Nature Photonics.

Die Netzhaut zu sehen

Spaltlampe Prüfung. Bild-Gutschrift: Mike Blyth über Wikimedia Commons

Es ist Bestandteil der meisten Augenuntersuchungen: der Augenarzt strahlt ein helles Licht in die Augen, während spähte Sie durch ein Instrument ein Ophthalmoskop genannt. Die Lampe und das Ophthalmoskop Vergrößerungsenergie geben Ihrem Arzt einen anständigen Blick in Ihre Augen, alle der Weg zurück zu Ihrer Netzhaut, die Schicht der Zellen auf der Rückseite Ihres Auges. Zellen in der Netzhaut Licht in Nervensignale zu übersetzen und dann diese Signale an das Gehirn senden.

Ihr Augenarzt kann auch eine fortgeschrittene Technik namens Optische Kohärenztomografie (OCT), die Low-Power-Laser verwendet, um Ihre Netzhaut Bild verwenden. Es ist eines dieser Teile der Augenuntersuchung, die erfordert, dass Sie Ihr Gesicht in eine Kinnstütze gelegt, das aussieht wie es wäre, zu Hause in einer mittelalterlichen Folterkammer, aber es schmerzlos und in der Regel ziemlich schnell ist. Darüber hinaus gibt es Laser, die etwas kühler stellen.

OCT ist die beste Technologie zur Netzhaut Prüfungen im Moment, und sie bieten eine sehr detaillierte Ansicht Ihrer Netzhaut mit einer Auflösung von 5 bis 10 Mikrometer. Es ist ein guter Weg, um Anzeichen für Probleme wie Makuladegeneration, zum Beispiel aussehen. Es gibt Ihrem Arzt einen Querschnitt durch Ihre Netzhaut, die wie folgt aussehen.

OCT-Querschnitt der Netzhaut. Image Credit: MedOCT-Gruppe, Abteilung für medizinische Physik, Universität Wien.

Aber auch mit OCT, es ist schwer für Ärzte, einige der kleinsten Strukturen in deinem Auge sehen, dass die frühe Hinweise auf Krankheiten geben könnte, die Ihre Vision beeinträchtigen könnten. Schon die kleinste Bewegung während des Scannens kann ein OCT-Bild verwischen, und das menschliche Auge ist in ständiger Bewegung. Versuchen Sie, Ihren Kopf Still und konzentrieren Ihren Blick auf etwas stationär, wie ein Gemälde an der Wand halten. Sie mögen denken, deine Augen sind ganz still, aber sie sind immer noch winzige Bewegungen genannt Sakkaden, Scannen Sie die Szene für neue Details und setzen es machen.

Also selbst mit OCT, können nicht Augenärzte auf einzelne Zellen in der Netzhaut konzentrieren. "Das Auge immer ein bisschen eine Herausforderung zu Bild gewesen", sagte Boppart in einer Pressemitteilung. "Es ist ein sehr kompliziertes Organ. Es gibt viele mikroskopische Strukturen, die schwer zu sehen sind."

Warum benötigen Ärzte einen genaueren Blick

Das ist bedauerlich, weil viele der Krankheiten, die Ihre Vision bedrohen können als mikroskopisch kleine Probleme in Ihrer Netzhaut anfangen. Z. B. Makula-Degeneration ist eine der Hauptursachen für den Verlust der Sehkraft, besonders in den älteren Erwachsenen, und es beginnt mit dem Tod von lichtempfindlichen Zellen, die sogenannten Stäbchen und Zapfen um einen Platz in der Nähe der Mitte der Netzhaut, die Makula genannt.

Wenn Ärzte können einzelnen Zellen anschauen und sehen, wie sie sterben, sie könnte die Krankheit früher in seiner Entwicklung, den Patienten eine bessere Chance auf Behandlung zu fangen. Das ist jedoch nicht mit OCT allein möglich, so dass Ärzte müssen warten, bis andere Anzeichen der Krankheit.

"sie können nicht direkt die Photorezeptoren betrachten und beobachten sie z. B. bei Makula-Degeneration, absterben. Sie müssen nur zu erraten, was vor sich geht", sagte Doktorand der University of Illinois Fredrick South, Co-Autor des neu erschienenen Forschung, in einer Pressemitteilung. Er fügte hinzu: "Es könnte möglich, adaptiven Optik in diesen realen Anwendungen, sowohl für die Diagnose der Krankheit und Verfolgung von Behandlung zu verwenden sein."

Die Makula (dunkler Fleck in der Mitte) und n. opticus (heller grüner Punkt). Bild-Gutschrift: Hey Paul via Flickr

Die Netzhaut kann auch die Gesundheit des gesamten Nervensystems Ärzte erzählen. Nerven bilden die oberste Schicht der Netzhaut, was bedeutet, dass Ihr Arzt Ihre Augen, einen Teil des Nervensystems sehen tatsächlich nachgehen kann. Zum Beispiel können Ärzte die Nerven in der Netzhaut für frühe Anzeichen der multiplen Sklerose, betrachten, das Myelin Futter um die Nerven bricht. Das setzt natürlich eines mikroskopischen Blick auf Nerven und Zellen in der Netzhaut, die nicht wirklich möglich mit OCT allein.

Thats, warum Boppart und seine Kollegen wandte sich an adaptive Optik. Aber warum sollte Augenärzten, eine Technologie zu verwenden, die den Zuständigkeitsbereich des Astronomen wurde?

Verschwommen Stars

Nachschlagen in den Himmel in einer klaren Nacht, und Sie sehen Sterne funkeln gegen die Dunkelheit. Natürlich erscheinen Sterne nur, weil die Erdatmosphäre verwischt und ihr Licht verzerrt funkeln. Die Erdatmosphäre ist konstant, turbulente Bewegung, und das ist genug Lichtwellen durch die Luftschichten beugen.

"Diese Turbulenzen bewirkt, dass die Sterne zu funkeln in einer Weise, die Dichter erfreut aber frustriert die Astronomen," schrieb European Southern Observatory, "da es verwischt die feinsten Details des Kosmos."

Um für diese Unschärfe zu korrigieren, verwenden moderne astronomische Teleskope adaptiven Optik: Spiegel, die kippen können, drehen und flex, unter der Kontrolle von Computern, die Korrekturen für die Atmosphäre Effekt zu berechnen. Da dieser Effekt ständig ändert, benötigen diese Korrekturen einen konstanten Strom von Berechnungen und Anpassungen der Spiegel.

Um sie richtig zu machen, braucht der Computer einen hellen Punkt der Verweis in den Himmel. Ein heller Stern oder Planeten wird es tun, wenn es einen in der Nähe der Himmel, die Astronomen beobachten möchten, aber einige Observatorien Feuer auch leistungsstarke Laserstrahlen in der oberen Erdatmosphäre, schaffen künstliche Sterne für den Computer zu verweisen. Als Nebeneffekt aussehen Observatorien, die High-Power-Laser in den Himmel schießen ziemlich toll.

Künstlerische Darstellung der adaptiven Optik Referenz Laser. Image Credit: European Southern Observatory.

Es ist keine neue Idee. Das US-Militär arbeitete an adaptive Optik Systeme während des Kalten Krieges, in der Hoffnung, dass es eine genauere Möglichkeit, sowjetischen Satelliten bieten würde. Science Fiction-Autor Poul Anderson erwähnt auch die Technik in seinem 1970 Roman Tau Zero. Adaptiver Optik ausziehen nicht wirklich reale Astronomen bis in die 1990er Jahre jedoch bei Computern endlich genug fing, um die schnellen und komplexe Berechnungen erforderlich, um die Korrekturen in Echtzeit durchführen.

Und es funktioniert wunderbar. Adaptiver Optik lässt erdgebundene Teleskopen Aufnahmen fast so klar und scharf wie die zurück auf die Erde gesandt durch Weltraumteleskope – für einen Bruchteil der Kosten ein Observatoriums in den Orbit zu schicken. Man merkt den Unterschied.

Korrektur mit adaptiver Optik. Bild-Gutschrift: European Southern Observatory

Spiegel und Linsen helfen richtige verzerrte Lichtstrahlen zu von der Netzhaut reflektiert, wodurch viel schärfere Bilder als ohne adaptive Optik möglich wäre. Es war ziemlich erfolgreich, vor allem in der Forschung; zum ersten Mal Ärzte konnte tatsächlich sehen, Kegel – die Zellen, die Farbwahrnehmung ermöglichen – im Leben des Patienten.

Boppart und sein Team behaupten, dass ihre neue computergestützte adaptive Optik wird die Technologie in Kliniken, zugänglicher zu machen, weil es weniger teuer als Hardware-basierte adaptive Optik werden. Ihre Methode erfordert einige Hardware-Updates, vor allem für ältere OCT-Geräte, um sicherzustellen, es ist kompatibel mit der Software, und es ist noch nicht klar wie teuer diese Updates – oder die Software selbst — wäre.

Also die neue Technik sieht vielversprechend aus, aber eventuell müssen wir warten... und sehen.

Bild oben: Retina. Bild-Gutschrift: Ku C. Yong Et al. über Biomed Central.

[Nature Photonics]