Badania

GRANTY (na Politechnice Wrocławskiej)

[4] OPUS-8 – Zaawansowane metody obrazowania do modelowania procesów starzenia oraz określenia zmian zachodzących u pacjentów z jaskrą, ID 272166, Narodowe Centrum Nauki, 1 170 926 PLN, 11-05-2015 (bieżący)

[3] H2020-MSCA-ITN-2014 EDEN – European Dry Eye Network, ID 642760, European Commission, 448 275 EUR, 01-03-2015 (bieżący)

[2] FP7-PEOPLE-2013-ITN AGEYE – Aging Eye, ID MC608049, European Commission, 387 830 EUR, 01-08-2014 do 31-07-2017.

[1] Innovation Project ESP, ID 630807, Eaglet Eye, Netherlands, 60 000 EUR, 01-01-2012 do 31-12-2016.

WYBRANE TEMATY BADAŃ

Eye Surface Profiler

POMIAR ZEWNĘTRZNEJ POWIERZCHNI OKA. Miałem szczęście mieć okazję pracować nad pierwszym na świecie instrumentem, który skutecznie mierzy topografię całego przedniego oka. Instrument, zwany Eye Surface Profiler i opracowany przez holenderską firmę Eaglet Eye, wykorzystuje zasadę projekcji prążków oraz zaawansowane algorytmy przetwarzania obrazu do pomiaru powierzchni rogówki oka, okolic rogówkowo-rąbkowych oraz twardówki.

Oczekuje się, że instrument znajdzie zastosowanie w przemyśle soczewek kontaktowych, w szczególności w zakresie projektowania i dopasowania twardówkowych soczewek kontaktowych, a także w okulistyce, gdzie interesuje nas informacja o rozszerzonej przedniej topografii oka.


BOOTSTRAP — to metoda statystyczna do oszacowywania rozkładów prób losowych na podstawieBootstrap book and SP covers zaobserwowanych danych. Od ponad 10 lat, wraz Prof. Abdelhakiem M. Zoubirem z Darmstadt Technical University, propagujemy tą metodę w przetwarzaniu sygnałów i obrazów. Zainteresowanych internautów odsyłamy do naszego wprowadzającego artykułu opublikowanego w Signal Processing Magazine (24(4):10-19, July 2007) oraz do naszej książki (Cambridge University Press).

Jest kilka recenzji naszej książki dostępnych w następujących źródłach:

[1] T. Wilkinson, “Book review”, IEEE Communications Engineer, 46-47, October/November 2004.

[2] G. J. Babu, “Book review”, Technometrics, 47(3):374-375, August 2005.

[3] M. Hassanali, “Book review,” Annals of Biomedical Engineering, 34(6):1074-1075, June 2006.


hsvMODELOWANIE POWIERZCHNI ROGÓWKI. Rogówka jest elementem optycznym oka posiadającym ponad dwie-trzecie całkowitej mocy refrakcyjnej oka. Dlatego też kształt rogówki, w szczególności jej przedniej powierzchni, jest w znacznym stopniu odpowiedzialny za jakość obrazu padającego na siatkówkę. Pomiar i modelowanie kształtu rogówki są istotne w oszacowywaniu astygmatyzmu rogówkowego, w prognozowaniu wyników chirurgii refrakcyjnej, w diagnostyce stożka rogówki (keratoconus), jak i w konstrukcji nowoczesnych soczewek kontaktowych. Powierzchnię rogówki można zmierzyć przy pomocy keratometrii, kamer Scheimpfluga, czy też koherentnej tomografii optycznej. Wczesne modele powierzchni rogówki oparte były na krzywych stożkowych. Późniejszy rozwój metod wideo-keratometrycznych, w których powierzchnia rogówki jest mierzona w wielu południkach, pozwolił na zastosowanie bardziej złożonych modeli takich jak dwuwymiarowy rozkład Taylora, rozkłady wielomianów radialnych, uogólnione krzywe stożkowe, czy też rozkłady harmoniczne.

Więcej na temat modelowania rogówki można znaleźć w pracach [J6],[J9],[J18],[J23],[J40],[J46],[J52], and [J63].


eyemorphMORFOLOGIA OKA. Istnieje wiele technik przetwarzania obrazów zdolnych do wyodrębnienia zarysów źrenicy oraz rogówki (tęczówki) w obrazach cyfrowych. Jednak morfologia przedniego oka jest o wiele bardziej złożona i wymaga wyznaczenia wielu ważnych klinicznie parametrów takich jak zarys górnej i dolnej powieki, szerokość szczeliny ocznej, średnica widocznej tęczówki, apertura powiekowa, oraz innych parametrów związanych z linią wiązadeł kącikowych. Rozwój metod cyfrowego przetwarzania obrazów, które automatycznie wyodrębniłyby wszystkie te parametry jest wezwaniem, szczególnie dla oczu ludzi razy żółtej, których apertury powiekowe są znacznie węższe niż te spotykane u ludzi rasy białej.

Od ponad 10 lat zajmuję się rozwojem software’u do morfologii oka, i-Metrics ©, do oszacowywania ważnych klinicznie parametrów oka ze statycznych obrazów cyfrowych jak i sekwencji wideo.

Niektóre metody opisane zostały w [J14],[J26] i [J28].


tfsqFILM ŁZOWY. Rogówka pokryta jest cienką warstwą filmu łzowego, który ochrania ją i nadaje jej wysokiej jakości powierzchnię optyczną. W codziennej praktyce klinicznej, pomiar jakości filmu łzowego przeprowadzany jest głównie metodami inwazyjnymi lub semi-inwazyjnymi takimi jak: metoda Schirmera, metoda barwienia fluoresceiną, czy też metoda pomiaru wysokości menisku. Metody te, niestety, są mało wiarygodne i mało powtarzalne. Dlatego też, w ostatnich latach, coraz więcej uwagi skupia się na rozwoju metod nieinwazyjnych takich jak: szybka wideokeratoskopia, dynamiczny pomiar aberracji monochromatycznych oka, i pomiary interferometryczne. Od kilku lat jestem zaangażowany w rozwój trzech obiecujących metod do nieinwazyjnego oszacowywania jakości filmu łzowego przy pomocy metod interferometrycznych (we współpracy z dr Dorotą H. Szczęsną-Iskander, Instytut Fizyki, Politechnika Wrocławska) i szybkiej wideokeratoskopii oraz dynamicznej aberrometrii (we współpracy z prof. Michaelem Collinsem, Contact Lens & Visual Optics Laboratory, QUT, Australia).

Przykłady Wideo:

  1. Oszacowanie jakości filmu łzowego na soczewce kontaktowej przy użyciu Szybkiego Wideokeratoskopu z Dynamicznym Obszarem Analizy (około 1.8 MB, MPEG-4)
  2. Oszacowanie jakości filmu łzowego przy użyciu Interferometru z Poprzecznym Przesunięciem Czoła Fali(około 2.7 MB, MPEG-4)

Więcej informacji w [J20],[J21],[J34],[J43],[J55],[J57],[J61],[J62], oraz [J64].


Dynamics in aberrationsDYNAMIKA ABERRACJI. Oko ludzkie jest skomplikowanym, dynamicznym, jak i odpornościowym elementem optycznym, w którym obserwujemy czasowe zmiany aberracji czoła fali, ruchy oka, czasowe zmiany charakterystyk powierzchni (np., dynamikę filmu łzowego czy też deformacje rogówki). Pomimo zaobserwowanej dynamiki, obecna korekcja wzroku (okulary, soczewki kontaktowe czy chirurgia refrakcyjna) jest statyczna. Dopóki nie będziemy mogli zastosować dynamicznej korekcji wzroku poza laboratoriami, dynamika optyki ludzkiego oka musi być dobrze zrozumiana aby obiektywnie ustalić optymalną korekcję statyczną. Dlatego ważne są badania nad dynamiką aberracji frontu falowego w oku ludzkim. Więcej na ten temat w [10],[15],[16],[27], oraz [29].

Aberracje frontu falowego są związane z systemem naczyniowo-sercowym oraz systemem oddychania. Ostatnio (wraz z Michaelem Mumą, Darmstadt Technical University) ustaliliśmy, że rozważane sygnały są niestacjonarne i tylko poprzez niestacjonarną analizę sygnałów można ukazać pełny obraz oddziaływania wzajemnego pomiędzy nimi. Co ciekawe, istnieją istotne okresy czasu w których koherencja pomiędzy sygnałami aberracji oka a pulsem czy też EKG jest wysoka. Więcej na ten temat można znaleźć w [J59].

Wavefront dynamics


PULS OKA. Pomiar pulsu oka jest ważny w tych aplikacjach medycznych, w których wymagana jest ocena hemodynamicznego stanu oka. Na przykład, niskie harmoniczne pulsu oka mogą wskazywać na występowanie jaskry czy też innych chorób o etiologii naczyniowej. Z drugiej strony, opóźnienia pulsu oka mogą wskazywać na istnienie zawężenia w tętnicy szyjnej.

Zakładając najprostsze przybliżenie gałki ocznej przez sferę, gdzie pojemność jest proporcjonalna do trzeciej potęgi promienia, postulujemy (wraz z prof. Henrykiem Kasprzakiem i dr Małgorzatą Kowalską z Instytutu Fizyki Politechniki Wrocławskiej), że musi istnieć związek pomiędzy pulsem oka, a obserwowanymi wzdłużnymi przemieszczeniami rogówki, podobnie jak pomiędzy ciśnieniem w oku, a prędkościami w naczyniach siatkówkowych. Dlatego też badamy charakterystyki wzdłużnego ruchu oka (z ang. longitudinal eye movements (LEM)).

Więcej informacji na ten temat w [J29],[J39],[J44],[J49] oraz [J66].

Eye movements and ECG


OBIEKTYWNA REFRAKCJA. Wraz z popularyzacją urządzeń do pomiaru frontu falowego oka refzerznacząco wzrosło zainteresowanie odwzorowania subiektywnie mierzonej refrakcji do obiektywnie mierzonych aberracji oka. Metodą standardową (tak, mamy już ANSI standard) jest użycie zbioru estymowanych współczynników wielomianu Zernike’go (używając współczynników drugiego rzędu albo wyższych rzędów). Pracuję nad tym problemem od pewnego czasu, najpierw z Brettem Davisem (School of Optometry, QUT, Australia), z którym opracowaliśmy lepszą formę, którą nazwaliśmy refrakcyjnymi wielomianami mocy Zernike’go [J35]. Ta praca wywołała pewne zainteresowanie, które dało w rezultacie nowy zbiór funkcji (wyprowadzonych przez Jayoung Nam, Indiana University), które nazwaliśmy stokowymi wielomianami Zernike’go [J48],[J50], oraz [J51]. Zaproponowane przez nas formy przedstawiają aberracje oka w postaci map refrakcyjnych w dioptriach, przez co są bardziej intuicyjne dla optometrystów i okulistów.

Za pracę opublikowaną w [J51] otrzymaliśmy nagrodę J. Lloyda Hewetta za najlepszy artykuł opublikowany w latach 2007-2009 w Clinical and Experimental Optometry.