Nowy projekt systemu obrazowania endoskopowego może przyspieszyć przyjęcie wieloznacznikowego FGS

W przypadku pacjentów z nowotworami litymi operacja laparoskopowa jest jedną z podstawowych opcji leczenia w celu usunięcia guzów. Istnieje jednak duże ryzyko nawrotu raka, jeśli po chirurgicznym usunięciu pozostanie tylko kilka komórek rakowych. Aby temu zapobiec, naukowcy opracowali chirurgię sterowaną fluorescencją (FGS). W FGS pacjentom wstrzykuje się sondę fluorescencyjną, która preferencyjnie wiąże się z komórkami nowotworowymi, umożliwiając chirurgom łatwą identyfikację zmian za pomocą specjalistycznych endoskopów, które emitują niezbędne światło wzbudzające.

Niestety guzy mogą być bardzo heterogenne, a pojedyncza sonda fluorescencyjna nie wystarczy do wykrycia ich wszystkich. Tak więc jednym z ograniczeń FGS jest użycie zestawu wielu sond fluorescencyjnych (znanych również jako „śledzące”) do wykrywania szerszego zakresu nowotworów, a także do zmniejszenia liczby wyników fałszywie dodatnich i ujemnych. Pomimo pewnych postępów w tym kierunku, wszystkie zatwierdzone klinicznie endoskopy zostały zoptymalizowane pod kątem wykrywania tylko jednego znacznika. Co więcej, wiele trackerów, które są obecnie opracowywane, jest ogromnych, ponieważ wymagają wielu czujników obrazowania i komponentów optycznych.

W badaniu opublikowanym niedawno w Journal of Biomedical Optometry (JBO), zespół badawczy z University of Illinois Urbana-Champaign donosi o nowym systemie obrazowania endoskopowego, którego projekt może przyspieszyć przyjęcie multi-tracker FGS.

Sercem tego projektu jest innowacyjny sześciokolorowy czujnik obrazowania inspirowany biologią (BIS), który naukowcy zaprojektowali w oparciu o układ optyczny krewetki modliszki. Czujnik składa się z trzech warstw pionowo ułożonych fotodetektorów pokrytych układem przypominającym szachownicę dwóch różnych filtrów; Jeden filtruje światło widzialne, a drugi filtruje światło bliskiej podczerwieni (NIR).

Rezultatem jest jednoukładowa kamera, która może skutecznie wychwytywać światło w sześciu różnych kanałach widmowych, dzięki czemu jest w stanie wykryć nawet najbardziej subtelne różnice w emisji fluorescencji z obrazowanej tkanki. Aby spojrzeć na swoją wydajność z perspektywy, ten BIS może rozróżnić znaczniki fluorescencyjne z pikami emisji oddalonymi od siebie o zaledwie 20 nanometrów (nm). Taki wyczyn nie jest możliwy przy użyciu obecnie zatwierdzonych klinicznie narzędzi do obrazowania.

Aby móc efektywnie wykorzystać BIS, naukowcy musieli również zaprojektować odpowiednie źródło światła wzbudzającego, aby aktywować znaczniki fluorescencyjne. W tym celu wykorzystali dedykowane rozgałęzione światłowód podłączony do trzech niezależnych źródeł światła-; Biała dioda LED i dwa lasery NIR przy 665 i 785 nm. Naukowcy okablowali połączone wyjście włókien na początku sztywnego endoskopu. W ten sposób, dzięki jednemu czujnikowi obrazowania i pojedynczemu wejściu światła, urządzenie jest mniej masywne niż inne systemy obrazowania z wieloma ścieżkami.

Naukowcy przeprowadzili standardowe testy charakterystyki i pomiarów, aby określić rozdzielczość przestrzenną i czułość urządzenia. Poza tym występowali na żywo Eksperymenty na mysim modelu raka piersi. Myszom tym wstrzyknięto znacznik 680 nm, znacznik 800 nm lub równą mieszaninę tych dwóch. Proponowany system może wyraźnie rozróżnić sygnatury fluorescencji wytwarzane przez znaczniki indywidualne i mieszaniny.

Chcąc pokazać potencjał kliniczny ich endoskopu, naukowcy wykorzystali go do obrazowania guzków raka płuc, które właśnie usunięto pacjentom. Chociaż tym pacjentom wstrzyknięto tylko jeden znacznik fluorescencyjny, proponowane urządzenie nadal było w stanie dokładnie odróżnić złośliwe guzki od zdrowej tkanki.

Ogólnie rzecz biorąc, naukowcy dokonali ważnych przełomów inżynieryjnych, które utorują drogę do przyjęcia multi-tracker FGS. Dzięki wysokiej rozdzielczości przestrzennej i niezwykłej zdolności wykrywania niewielkich różnic w emisji fluorescencji proponowany system obrazowania endoskopowego pomoże klinicystom łatwiej wykrywać mniejsze lub ukryte guzy.

Przy odrobinie szczęścia poprawi to długoterminowe przeżycie pacjentów z operacyjnym rakiem.