Uno scanner OCT a basso costo promette di salvare la vista / Low-cost OCT scanner promises to save eyesight
Uno scanner OCT a basso costo promette di salvare la vista / Low-cost OCT scanner promises to save eyesight
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
Il sistema OCT è 15 volte più leggero e più piccolo degli attuali sistemi commerciali / OCT system is 15 times lighter and smaller than current commercial systems
Grazie ad uno spettrometro riprogettato e stampato in 3D, lo scanner è 15 volte più leggero e più piccolo degli attuali sistemi commerciali ed è realizzato con componenti che costano meno di un decimo del prezzo al dettaglio dei sistemi commerciali.
Nel suo primo studio clinico, il nuovo scanner OCT ha prodotto immagini di 120 retine che si dice siano state il 95% più nitide di quelle acquisite dagli attuali sistemi commerciali. I risultati del lavoro svolto dagli ingegneri biomedici della Duke University, nella Carolina del Nord, sono pubblicati online su Translational Vision Science & Technology.
L'imaging OCT è diventato lo standard di cura per la diagnosi di molte patologie della retina, tra cui la degenerazione maculare e la retinopatia diabetica. Tuttavia, l'OCT è raramente inclusa negli esami di screening standard, poiché le apparecchiature sono costose.
"La chiave per prevenire la cecità è la diagnosi precoce", ha affermato Adam Wax, professore di ingegneria biomedica alla Duke University. "Il nostro obiettivo è rendere l'OCT drasticamente meno costosa, in modo che più cliniche possano permettersi questi dispositivi, soprattutto in contesti sanitari globali".
Secondo Duke, l'OCT è l'analogo ottico degli ultrasuoni, che invia onde sonore nei tessuti e misura il tempo impiegato per tornare indietro. Per cronometrare il tempo di ritorno delle onde luminose dal tessuto sottoposto a scansione, i dispositivi OCT utilizzano uno spettrometro per determinare di quanto la loro fase sia sfasata rispetto a onde luminose identiche che hanno percorso la stessa distanza ma non hanno interagito con il tessuto.
La tecnologia principale alla base del più recente dispositivo OCT è uno spettrometro progettato da Wax e dal suo ex studente laureato Sanghoon Kim. Gli spettrometri tradizionali sono realizzati principalmente con componenti metallici tagliati con precisione e dirigono la luce attraverso una serie di lenti, specchi e fenditure di diffrazione a forma di W. Sebbene questa configurazione garantisca un elevato grado di precisione, lievi spostamenti meccanici causati da urti o persino variazioni di temperatura possono creare disallineamenti.
Il progetto di Wax, tuttavia, trasporta la luce lungo un percorso circolare all'interno di un alloggiamento realizzato principalmente in plastica stampata in 3D. Poiché il percorso della luce dello spettrometro è circolare, eventuali dilatazioni o contrazioni dovute alle variazioni di temperatura si verificano simmetricamente, bilanciandosi per mantenere allineati gli elementi ottici. Il dispositivo utilizza anche un rilevatore più grande alla fine del percorso della luce per ridurre la probabilità di disallineamenti.
I tradizionali apparecchi OCT pesano più di 27 kg, occupano spazio sulla scrivania e possono costare tra i 50.000 e i 120.000 dollari. Il nuovo dispositivo OCT pesa 1,8 kg, ha un ingombro molto più ridotto e, secondo le previsioni di Wax, sarà venduto a meno di 15.000 dollari.
"Al momento, i dispositivi OCT sono chiusi in una stanza e richiedono un dottorato di ricerca per essere modificati e farli funzionare correttamente", ha affermato Wax. "I nostri possono semplicemente stare su uno scaffale in ufficio e possono essere smontati, utilizzati e rimessi a posto senza problemi. Abbiamo scansionato le persone in uno Starbucks con questo strumento."
Nel nuovo studio, J. Niklas Ulrich, chirurgo della retina e professore associato di oftalmologia presso la Facoltà di Medicina dell'Università della Carolina del Nord, ha messo alla prova il nuovo scanner OCT confrontandolo con uno strumento commerciale. Ha eseguito imaging clinico su entrambi gli occhi di 60 pazienti, metà dei quali volontari sani e metà affetti da qualche patologia retinica.
Per confrontare le immagini prodotte da entrambe le macchine, i ricercatori hanno utilizzato il rapporto contrasto/rumore, una misura spesso utilizzata per determinare la qualità delle immagini nell'imaging medico. I risultati hanno mostrato che, secondo questo parametro, lo scanner OCT portatile ed economico forniva un contrasto utile inferiore solo del 5,6% rispetto a quello della macchina commerciale, un valore comunque sufficiente per consentire la diagnosi clinica.
Wax sta commercializzando il dispositivo tramite una start-up chiamata Lumedica, che produce e vende strumenti di prima generazione per applicazioni di ricerca.
Thanks to a redesigned, 3D-printed spectrometer, the scanner is 15 times lighter and smaller than current commercial systems and is made from parts costing less than a tenth the retail price of commercial systems.
In its first clinical trial, the new OCT scanner produced images of 120 retinas that were said to be 95 per cent as sharp as those taken by current commercial systems. The results of the work carried out by biomedical engineers at Duke University, North Carolina, appear online in Translational Vision Science & Technology.
OCT imaging has become the standard of care for the diagnosis of many retinal diseases including macular degeneration and diabetic retinopathy. However, OCT is rarely included as part of a standard screening exam since the machines are expensive.
"The key to preventing blindness is early detection," said Adam Wax, professor of biomedical engineering at Duke. "Our goal is to make OCT drastically less expensive so more clinics can afford the devices, especially in global health settings."
According to Duke, OCT is the optical analogue of ultrasound, which sends sound waves into tissues and measures how long they take to come back. To time the light waves bouncing back from the tissue being scanned, OCT devices use a spectrometer to determine how much their phase has shifted compared to identical light waves that have travelled the same distance but have not interacted with tissue.
The primary technology enabling the latest OCT device is a spectrometer designed by Wax and his former graduate student Sanghoon Kim. Traditional spectrometers are made mostly of precisely cut metal components and direct light through a series of lenses, mirrors and diffraction slits shaped like a W. While this setup provides a high degree of accuracy, slight mechanical shifts caused by bumps or even temperature changes can create misalignments.
Wax's design, however, takes the light on a circular path within a housing made mostly from 3D-printed plastic. Because the spectrometer light path is circular, any expansions or contractions due to temperature changes occur symmetrically, balancing themselves out to keep the optical elements aligned. The device also uses a larger detector at the end of the light's journey to make misalignments less likely.
Traditional OCT machines weigh over 60 pounds, take up desk space and can cost between $50,000 and $120,000. The new OCT device weighs four pounds, has a much smaller footprint and, Wax expects, will be sold for under $15,000.
"Right now OCT devices sit in their own room and require a PhD scientist to tweak them to get everything working just right," said Wax. "Ours can just sit on a shelf in the office and be taken down, used and put back without problems. We've scanned people in a Starbucks with it."
In the new study, J. Niklas Ulrich, retina surgeon and associate professor of ophthalmology at the University of North Carolina School of Medicine, put the new OCT scanner to the test against a commercial instrument. He performed clinical imaging on both eyes of 60 patients, half from healthy volunteers and half with some sort of retinal disease.
To compare the images produced by both machines, the researchers used contrast-to-noise ratio -- a measure often used to determine image quality in medical imaging. The results showed that, by this metric, the low-cost, portable OCT scanner provided useful contrast that was only 5.6 percent less than that of the commercial machine, which is still good enough to allow for clinical diagnostics.
Wax is commercialising the device through a start-up company called Lumedica, which is producing and selling first-generation instruments for research applications.
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