Постинг
06.03 00:04 -
Какво е общото между астрономическите телескоп и човешкото око или за практическите приложения на фундаменталната наука
Днес една колежка изнесе семинар за използването на адаптивна оптика при диагностика и изследване на човешкото зрение. Да, става дума за почти същата адаптивна оптика, като тази, която работи в астрономическите телескопи.
Колежката се казва Алесандра Кармайкъл-Мартинс и по същество тя се занимава толкова с астрономия, колкото с медицинска физика.
Излишно е да казвам, че освен чисто научното любопитство, ме движеше и желанието да получа отговор на въпроса колко скоро напредъкът в астрономическите технологии ще ни подари чудесно суперзрение. Поне като на Супермен, а може би и по-добро. С други думи, дали скоро ще минем на следващото ниво след статичните очила, които са ни познати от няколко века.
По-надолу следват записките, които си водех по време на семинара, леко допълнени в метрото...
Оказа се, че истината е по-различна. Адаптивната оптика се използва за коригиране на статичните и на динамичните аберации в окото – това са несъвършенства на самото око и те пречат на лекарите и на изследователите да видят ретината и да диагностицират всякакви очни заболявания. В астрономията проблемът, който адаптивната оптика ни помага да заобиколим, е „несъвършенството“ на земната атмосфера, която се движи, променя налягането си, а заедно с това и оптичните си свойства, и всичко това пречи на астрономите да виждат ясно звездите. Ако не вярвате – погледнете вечер как трептят звездите близо до хоризонта и веднага ще забележите колко силно е влиянието на атмосферата. За лекарите по същество самото око играе ролята на атмосферата, която затруднява получаването на идеални медицински или астрономически изображения.
Тук няма да обяснявам какво е адаптивна оптика – в Интернет за това има много литература. Само ще кажа, че тя позволява да се намали влиянието на земната атмосфера, която „размазва“ астрономическите изображения. Ето една мое собствено обяснение: https://valentindivanov.wordpress.com/tag/%D0%B0%D0%B4%D0%B0%D0%BF%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%B0-%D0%BE%D0%BF%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0/
По-конкретно, лекторката отбеляза, че адаптивната оптика се използва в изучаване и диагностициране не само на самите очи, но чрез тях – и на мозъка, заради пряката връзка между него и очната ретина.
Проблемите, с които лекарите и учените се сблъскват при това са:
- Недостатъчно светлина за да се разгледа ясно вътрешността на окото, точно както в астрономията звездите и галактиките винаги са прекалено слаби и ни е трудно да ги разгледаме; налага ни се да ползваме все по-големи телескопи и по-чувствителни инструменти. Зя съжаление нямам как да се погледне с по-голям „телескоп“ човешкото око – то самото е малко, освен това около половината от светлината, която се отразява от него, се използва за технологична корекция от самата система за адаптивна оптика. Нещо повече, ретината отразява само 0.1-6% от падналата върху не светлина, което не е случайно – функцията на ретината е да регистрира светлината и от тази гледна точна отражението е загуба, ниското отражение е еволюционно предимство. Стана дума, и за това, че по случайност почти същата е и отражателната способност ма американските доларови банкноти и понякога тя и колегите ѝ използват банкноти в тестовете си. На един от кадрите се виждаше прочутата пирамида с око – извор на безкрайно много конспиративни теории.
- Други проблеми са свиването и разширяването на зеницата, движенията на главата и окото на пациента, както и различни „паразитни“ сигнали – отражения на други предмети и разсеяна околна светлина. Допълнително усложнение за изследванията са промените, които настъпват с възрастта.
- Не на последно място – цената на системите за диагностициране с адаптивната оптика са високи, дори когато се използват компоненти, широко достъпни в продажба. Точно както в астрономията, най-скъпо е огъващото се огледало. Все пак цената на системите за които лекторката разказваше, са на порядъци по-евтини от астрономическите си аналози.
Лекторката разказа как е започнало използването на адаптивната оптика в изследванията и диагностиката на зрението. Пионерският период е настъпил още през 1990-те години със системи, които за имало 36 активатора, коригиращи формата на огъващото се огледало, и корекциите във формата на огледалото са били сравнително бавни – само няколко пъти в секунда. В началото целта е била преди всичко изследователска – да се получат качествени изображения на ретината. През 2000-те години започнали са използват флуоресценция за да се получат кадри на клетките в дълбочина на ретината. По този начин през първото десетилетие на новия век постепенно се стигнало до томография на ретината – измервали времето на пътуване на светлината за да се получат обемни изображения на ретината. С други думи – интерферометрия, точно както в астрономията.
На няколко пъти лекторката показа изображения на собствената си ретина, и се оплака, че ако човек през голяма част от аспирантурата се разхожда с едно око с разширена зеница, другите хора започват да го гледат странно. Виждаха се даже отделни червени кръвни клетки.
По-нататък тя описа няколко системи за изследване на окото с методите на адаптивната оптика – една в университет в щата Индиана, и друга – тук. Напредъкът спрямо пионерските системи от преди 2-3 десетилетия беше очевиден – например честотата на корекциите достигаше десетки и стотици пъти в секунда. Любопитно, но не изненадващо – изследванията на зрението постепенно преливат в диагностика, в това число и на глаукомата, която е потенциално много сериозно заболяване, както добре знае всеки, страдащ от проблеми с очите. Това показва още веднъж как на пръв поглед фундаментална наука може да има съвсем осезаеми практически приложения.
Като дойде време за въпроси, попитах дали така наречения метод на „lucky imaging“ не е алтернатива на АО. В астрономията методът на „късметлийски“ изображения е да се получат хиляди, дори десетки хиляди изображения със съвсем къси експозиции, и впоследствие да се изберат от тях само най-добрите. Тя отговори малко тангенциално на въпроса ми, но стана ясно, че и те също правят подбор на най-добрите изображения, както при нас.
Главното, което научих от този семинар, че с помощта на адаптивна оптика може да „видят“ и диагностицират проблеми на зрението далече преди традиционните методи да са способни да ги откриват. Важен момент е, че компютърната обработка на тяхната диагностика трае 20-ина минути. Това става все по-важно зради нарастващия брой пациенти – по ред прични очните болести се увеличават. Тя каза, че според някои изследвания главната причиня е недостатъчното количество време, което човек по прекарва навън по време на ранния си растеж – около 12-14 г. Предполага се, че това е свързано в фокусирането на близки разстояния докато сме затворени къщи и седим пред телефона или телевизора. Друга потенциална причина може би е силната ултравиолетова светлина от подобни устройства (което се предполага, че води и до катаракта). Очаква се, че до 2050 година почти половината от населението ще има късогледство и под една или друга форма ще се възползва от диагностика с адаптивна оптика – този неочакван мост между медицината и астрономията.
Колежката се казва Алесандра Кармайкъл-Мартинс и по същество тя се занимава толкова с астрономия, колкото с медицинска физика.
Излишно е да казвам, че освен чисто научното любопитство, ме движеше и желанието да получа отговор на въпроса колко скоро напредъкът в астрономическите технологии ще ни подари чудесно суперзрение. Поне като на Супермен, а може би и по-добро. С други думи, дали скоро ще минем на следващото ниво след статичните очила, които са ни познати от няколко века.
По-надолу следват записките, които си водех по време на семинара, леко допълнени в метрото...
Оказа се, че истината е по-различна. Адаптивната оптика се използва за коригиране на статичните и на динамичните аберации в окото – това са несъвършенства на самото око и те пречат на лекарите и на изследователите да видят ретината и да диагностицират всякакви очни заболявания. В астрономията проблемът, който адаптивната оптика ни помага да заобиколим, е „несъвършенството“ на земната атмосфера, която се движи, променя налягането си, а заедно с това и оптичните си свойства, и всичко това пречи на астрономите да виждат ясно звездите. Ако не вярвате – погледнете вечер как трептят звездите близо до хоризонта и веднага ще забележите колко силно е влиянието на атмосферата. За лекарите по същество самото око играе ролята на атмосферата, която затруднява получаването на идеални медицински или астрономически изображения.
Тук няма да обяснявам какво е адаптивна оптика – в Интернет за това има много литература. Само ще кажа, че тя позволява да се намали влиянието на земната атмосфера, която „размазва“ астрономическите изображения. Ето една мое собствено обяснение: https://valentindivanov.wordpress.com/tag/%D0%B0%D0%B4%D0%B0%D0%BF%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%B0-%D0%BE%D0%BF%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0/
По-конкретно, лекторката отбеляза, че адаптивната оптика се използва в изучаване и диагностициране не само на самите очи, но чрез тях – и на мозъка, заради пряката връзка между него и очната ретина.
Проблемите, с които лекарите и учените се сблъскват при това са:
- Недостатъчно светлина за да се разгледа ясно вътрешността на окото, точно както в астрономията звездите и галактиките винаги са прекалено слаби и ни е трудно да ги разгледаме; налага ни се да ползваме все по-големи телескопи и по-чувствителни инструменти. Зя съжаление нямам как да се погледне с по-голям „телескоп“ човешкото око – то самото е малко, освен това около половината от светлината, която се отразява от него, се използва за технологична корекция от самата система за адаптивна оптика. Нещо повече, ретината отразява само 0.1-6% от падналата върху не светлина, което не е случайно – функцията на ретината е да регистрира светлината и от тази гледна точна отражението е загуба, ниското отражение е еволюционно предимство. Стана дума, и за това, че по случайност почти същата е и отражателната способност ма американските доларови банкноти и понякога тя и колегите ѝ използват банкноти в тестовете си. На един от кадрите се виждаше прочутата пирамида с око – извор на безкрайно много конспиративни теории.
- Други проблеми са свиването и разширяването на зеницата, движенията на главата и окото на пациента, както и различни „паразитни“ сигнали – отражения на други предмети и разсеяна околна светлина. Допълнително усложнение за изследванията са промените, които настъпват с възрастта.
- Не на последно място – цената на системите за диагностициране с адаптивната оптика са високи, дори когато се използват компоненти, широко достъпни в продажба. Точно както в астрономията, най-скъпо е огъващото се огледало. Все пак цената на системите за които лекторката разказваше, са на порядъци по-евтини от астрономическите си аналози.
Лекторката разказа как е започнало използването на адаптивната оптика в изследванията и диагностиката на зрението. Пионерският период е настъпил още през 1990-те години със системи, които за имало 36 активатора, коригиращи формата на огъващото се огледало, и корекциите във формата на огледалото са били сравнително бавни – само няколко пъти в секунда. В началото целта е била преди всичко изследователска – да се получат качествени изображения на ретината. През 2000-те години започнали са използват флуоресценция за да се получат кадри на клетките в дълбочина на ретината. По този начин през първото десетилетие на новия век постепенно се стигнало до томография на ретината – измервали времето на пътуване на светлината за да се получат обемни изображения на ретината. С други думи – интерферометрия, точно както в астрономията.
На няколко пъти лекторката показа изображения на собствената си ретина, и се оплака, че ако човек през голяма част от аспирантурата се разхожда с едно око с разширена зеница, другите хора започват да го гледат странно. Виждаха се даже отделни червени кръвни клетки.
По-нататък тя описа няколко системи за изследване на окото с методите на адаптивната оптика – една в университет в щата Индиана, и друга – тук. Напредъкът спрямо пионерските системи от преди 2-3 десетилетия беше очевиден – например честотата на корекциите достигаше десетки и стотици пъти в секунда. Любопитно, но не изненадващо – изследванията на зрението постепенно преливат в диагностика, в това число и на глаукомата, която е потенциално много сериозно заболяване, както добре знае всеки, страдащ от проблеми с очите. Това показва още веднъж как на пръв поглед фундаментална наука може да има съвсем осезаеми практически приложения.
Като дойде време за въпроси, попитах дали така наречения метод на „lucky imaging“ не е алтернатива на АО. В астрономията методът на „късметлийски“ изображения е да се получат хиляди, дори десетки хиляди изображения със съвсем къси експозиции, и впоследствие да се изберат от тях само най-добрите. Тя отговори малко тангенциално на въпроса ми, но стана ясно, че и те също правят подбор на най-добрите изображения, както при нас.
Главното, което научих от този семинар, че с помощта на адаптивна оптика може да „видят“ и диагностицират проблеми на зрението далече преди традиционните методи да са способни да ги откриват. Важен момент е, че компютърната обработка на тяхната диагностика трае 20-ина минути. Това става все по-важно зради нарастващия брой пациенти – по ред прични очните болести се увеличават. Тя каза, че според някои изследвания главната причиня е недостатъчното количество време, което човек по прекарва навън по време на ранния си растеж – около 12-14 г. Предполага се, че това е свързано в фокусирането на близки разстояния докато сме затворени къщи и седим пред телефона или телевизора. Друга потенциална причина може би е силната ултравиолетова светлина от подобни устройства (което се предполага, че води и до катаракта). Очаква се, че до 2050 година почти половината от населението ще има късогледство и под една или друга форма ще се възползва от диагностика с адаптивна оптика – този неочакван мост между медицината и астрономията.
Няма коментари
