Wzrok gaśnie, a rezonans nic nie widzi. Polacy mają sposób

Klasyczny rezonans może pokazać prawidłowo wyglądający nerw wzrokowy, chociaż w jego włóknach rozpoczął się już proces prowadzący do utraty widzenia. Naukowcy z Białegostoku opracowali metodę, która zagląda głębiej i zamienia trudny do interpretacji obraz w konkretny wskaźnik uszkodzenia.

Nerw wzrokowy jest połączeniem oka z mózgiem. Tworzą go setki tysięcy ciasno upakowanych włókien, którymi impulsy powstające w siatkówce docierają do ośrodków odpowiedzialnych za widzenie. Uszkodzenie tego połączenia może stopniowo pogarszać ostrość wzroku, zawężać pole widzenia, zaburzać rozpoznawanie kolorów, a w skrajnych przypadkach prowadzić do ślepoty.

Problem w tym, że nerw jest niewielki, otacza go tkanka tłuszczowa i płyn mózgowo-rdzeniowy, a na jakość obrazu wpływają także ruchy gałek ocznych, mruganie oraz bliskość mięśni, naczyń i kości oczodołu. Standardowy rezonans magnetyczny dobrze pokazuje jego przebieg, obrzęk, guz albo poważny zanik, ale nie zawsze ujawnia pierwsze zmiany zachodzące wewnątrz włókien. Obraz może więc wyglądać uspokajająco, mimo że struktura nerwu zaczęła już się rozpadać.

Dr Łukasz Łabieniec z Uniwersytetu w Białymstoku w rozmowie z portalem Nauka w Polsce porównuje zwykły obraz MRI do fotografii przewodu. Lekarz widzi, którędy biegnie kabel i czy nie został fizycznie przerwany. Polska metoda ma natomiast pozwolić sprawdzić, czy prawidłowo wyglądają włókna znajdujące się wewnątrz niego.

Opracowane rozwiązanie wykorzystuje DTI, czyli obrazowanie tensora dyfuzji. Jest to odmiana rezonansu magnetycznego analizująca sposób, w jaki cząsteczki wody przemieszczają się wewnątrz tkanki.

W uporządkowanym pęczku zdrowych włókien woda łatwiej porusza się wzdłuż ich osi niż w poprzek. Uszkodzenie osłonek, zanik aksonów albo dezorganizacja struktury zmieniają ten charakterystyczny ruch. Sam skaner zbiera więc dane, które mogą zawierać informację o kondycji nerwu, ale potrzebne jest jeszcze narzędzie potrafiące ją wydobyć.

Algorytm opracowany przez badaczy z Uniwersytetu w Białymstoku i Uniwersytetu Medycznego w Białymstoku przetwarza parametry opisujące kierunek oraz swobodę dyfuzji wody. Na tej podstawie tworzy mapę włókien i wyznacza wartość pozwalającą ilościowo ocenić stopień neuropatii. Zdrowy i zanikający nerw nie są już jedynie dwoma obrazami, które specjalista musi porównać wzrokowo. Różnicę można przedstawić za pomocą mierzalnego parametru.

To istotna zmiana. W diagnostyce nie chodzi tylko o stwierdzenie, że nerw wygląda źle. Lekarz powinien wiedzieć, jak bardzo jest uszkodzony, czy proces postępuje i czy zastosowane leczenie rzeczywiście go spowalnia.

Podstawą wynalazku były badania opublikowane w 2022 r. Naukowcy pokazali wówczas wyraźne różnice między nerwem zdrowej osoby i pacjenta z postępującą neuropatią. Co najważniejsze, zmiany widoczne w analizie dyfuzyjnej nie pojawiały się na standardowych obrazach morfologicznych rezonansu.

Metodę sprawdzano również na danych osób uczestniczących w projekcie Human Connectome Project. Wyniki wskazały, że zaproponowany parametr może powtarzalnie opisywać stan prawidłowych nerwów i odróżniać je od nerwu zanikowego. Nadal jest to jednak dowód słuszności koncepcji, a nie zakończone badanie kliniczne przeprowadzone na tysiącach pacjentów.

Potencjalnych zastosowań jest wiele. Uszkodzenia nerwu wzrokowego mogą towarzyszyć jaskrze, zapaleniu nerwu, stwardnieniu rozsianemu, chorobom siatkówki, urazom, cukrzycy oraz nadciśnieniu śródczaszkowemu. W części z tych przypadków decyzja o rozpoczęciu agresywnego leczenia albo operacji musi zostać podjęta, zanim dojdzie do nieodwracalnego zaniku włókien.

To zupełnie inny kierunek niż próby przywracania utraconego widzenia. Jak pisaliśmy w tekście: Niewidomi znów czytają. Tak nauka walczy ze ślepotą, implanty siatkówkowe mogą częściowo zastępować zniszczony element układu wzrokowego. Polska metoda ma działać wcześniej: wykryć problem, zanim konieczne stanie się zastępowanie biologii elektroniką.

Jedną z najważniejszych zalet rozwiązania jest możliwość wykorzystania istniejących skanerów rezonansu magnetycznego. Badanie wymaga odpowiedniego protokołu DTI i późniejszej analizy komputerowej, ale nie zakłada budowy zupełnie nowego urządzenia.

Z opisu patentowego wynika, że zbieranie danych może trwać nie dłużej niż około 15 min, a algorytm ma być niezależny od konkretnego modelu aparatu MRI. Nie potrzebuje też ręcznego wycinania nerwu z obrazu, co przy tak małej strukturze jest trudne, czasochłonne i podatne na różnice między osobami analizującymi badanie.

Nie jest to również kolejne zastosowanie rezonansu polegające na dokładaniu coraz większej maszyny do już ogromnego skanera. Największa innowacja znajduje się w sposobie obróbki danych. Podobny kierunek obserwujemy w innych dziedzinach neurotechnologii. W tekście: Czytanie w myślach stało się faktem. Przerażające opisywaliśmy system wydobywający z zapisów aktywności mózgu informacje, których człowiek nie dostrzeże bez pomocy algorytmu. Sam rezonans nie musi więc radykalnie się zmienić. Zmienia się to, co potrafimy wyczytać z zebranego przez niego sygnału.

Twórcami amerykańskiego patentu są prof. Krzysztof Szymański, dr Łukasz Łabieniec oraz lek. Łukasz Lisowski. Prawa do rozwiązania należą do Uniwersytetu w Białymstoku i Uniwersytetu Medycznego w Białymstoku. Wniosek złożono w lutym 2023 r., a patent US 12,511,741 przyznano 30 grudnia 2025 r.

Ochroną objęto nie tylko samo obrazowanie nerwu, lecz także komputerową metodę obliczania stopnia neuropatii. W opisie wskazano, że podobny mechanizm może w przyszłości służyć do badania również innych włóknistych struktur układu nerwowego, w tym nerwu słuchowego, nerwu trójdzielnego, rdzenia kręgowego i istoty białej mózgu.

Przeczytaj także:

Technologią zainteresowali się specjaliści ze Stanford Medicine. Kolejnym krokiem ma być rozwijanie metody na większych zbiorach danych, w tym pochodzących z UK Biobank, a następnie przygotowanie jej do walidacji klinicznej i komercjalizacji. Zespół podkreśla jednak, że potrzebuje finansowania. Sam patent nie sprawia jeszcze, że oprogramowanie automatycznie pojawi się w szpitalach.

Polscy naukowcy wykonali najtrudniejszą część pracy: połączyli fizykę, analizę danych i praktyczny problem lekarzy, opublikowali wyniki oraz zdobyli ochronę na najważniejszym rynku medycznym świata. Byłoby wyjątkowo przykre, gdyby technologia mogąca uratować komuś wzrok utknęła teraz nie z powodu błędu w algorytmie, lecz braku pieniędzy na jego porządne sprawdzenie.

*Źródło grafiki wprowadzającej: SUMALI IBNU CHAMID, Alemedia.id, Canva Pro