Badania procesu widzenia dwufotonowego jako pomoc w rozwoju diagnostyki chorób oczu
Kierownik projektu
:
dr inż. Katarzyna Komar
Uniwersytet Mikołaja Kopernika
Panel: ST2
Konkurs
: OPUS 12
ogłoszony
15 września 2016 r.
Projekt dotyczył nowego sposobu postrzegania światła nazywanego widzeniem dwufotonowym. Polega ono na tym, że ludzkie oko widzi podczerwoną wiązkę lasera o krótkich impulsach, a kolor, jaki postrzegamy odpowiada połowie długości fali tej wiązki.
fot. Michał Łepecki
Podstawowym celem projektu było scharakteryzowanie widzenia dwufotonowego poprzez dostarczenie ilościowych danych eksperymentalnych, które pozwoliłyby porównać je z normalnym widzeniem. Wykonano szereg badań, których wyniki umożliwiają określenie absolutnego progu widzenia dla wiązki lasera impulsowego o znanych parametrach: widmie, czasie trwania impulsu i częstotliwości repetycji. Wiedząc również, że jasność bodźca dwufotonowego zależy kwadratowo od mocy średniej, co pokazano w opublikowanych pracach, i znając poziom bezpieczeństwa ustalony normami, można określić maksymalną jasność danego lasera poprzez porównanie do jasności źródeł jednofotonowych.
Jednofotonową jasność źródeł światła mierzy się przy użyciu jednostek fotometrycznych: kandeli, lumenów i luksów. Te jednostki nie mają zastosowania do widzenia dwufotonowego, bo nie jest znana krzywa czułości ludzkiego oka na ten proces. Przyszłe zastosowania prawdopodobnie będą wymagały zdefiniowania „dwufotonowych” kandeli, lumenów i luksów, a wyniki uzyskane w tym projekcie można traktować jak pierwszy krok w tym kierunku.
Dwufotonowa mikroperymetria, czyli badanie pola widzenia za pomocą dwufotonowego bodźca, jest obecnie głównym kierunkiem zastosowań klinicznych widzenia dwufotonowego. Badania przeprowadzone w trakcie trwania projektu wskazują, że technika ta pozwala określić próg widzenia z większą dokładnością, więc może ona w przyszłości wspomóc lub nawet zastąpić tradycyjną mikroperymetrię. Technologia laserów światłowodowych powoduje, że źródła generujące krótkie impulsy światła mogą być tanie, kompaktowe i odporne na wpływ warunków zewnętrznych, a więc łatwiej będzie konstruować urządzenia kliniczne wykorzystujące takie lasery. W trakcie realizacji projektu prototypowe mikroperymetry dwufotonowe były z powodzeniem stosowane u pacjentów okulistycznych z jaskrą, zwyrodnieniem plamki związanym z wiekiem (AMD) oraz z zaćmą w szpitalu uniwersyteckim w Heidelbergu oraz w klinice Oculomedica w Bydgoszczy.
Innym zastosowaniem widzenia dwufotonowego może być rozszerzona/wirtualna rzeczywistość. W tym aspekcie nieliniowa zależność jasność bodźca od mocy wiązki może być korzystna, ponieważ oznacza w praktyce większy zakres dynamiczny kontrastu. Hipoteza ta wymaga dalszych badań, które będą kontynuowane w przyszłości.
Pełny tytuł finansowanego projektu: Widzenie dwufotonowe - mechanizm, charakterystyka i zastosowania
dr inż. Katarzyna Komar
Dr inż. Katarzyna Komar ukończyła studia z fizyki technicznej na Politechnice Gdańskiej, a stopień doktora nauk technicznych otrzymała w Instytucie Maszyn Przepływowych PAN. Na początkowym etapie swojej kariery zajmowała się zastosowaniem technik spektroskopii laserowej do diagnostyki obiektów zabytkowych. Od 2011 roku pracuje w Instytucie Fizyki na Uniwersytecie Mikołaja Kopernika w Toruniu, a od 2020 roku również w Międzynarodowym Centrum Badań Oka w Warszawie. Od 2011 jej obszar zainteresowań naukowych to badania funkcjonalne i obrazowe ludzkiego oka. W szczególności, od 2014 zajmuje się widzeniem dwufotonowym, tj. zjawiskiem postrzegania impulsowych laserów z zakresu bliskiej podczerwieni opartym o dwufotonową absorpcję w pigmentach wzrokowych. W swojej pracy koncentruje się na budowie układów optycznych i opracowywaniu metod psychofizycznych do badania widzenia dwufotonowego oraz ich integracji z układami obrazującymi oko.
Na obu etapach kariery zawodowej brała udział w projektach badawczych finansowanych ze środków krajowych i międzynarodowych. Odbyła kilka staży naukowych oraz liczne wizyty w następujących ośrodkach: Case Western Reserve University w Cleveland, USA; University of California, Irvine, USA; Heidelberg University, Niemcy oraz University of Murcia, Hiszpania. W latach 2017-2022 kierowała grantem OPUS NCN poświęconym widzeniu dwufotonowemu.
