211service.com
Nový endoskop vidí, co leží pod ním
Endoskop vybavený infračerveným laserem a maličkým zrcátkem by mohl jednoho dne pomoci lékařům diagnostikovat časné příznaky rakoviny a dalších nemocí a pomoci při operacích. Výzkumník na Floridské univerzitě navrhl prototyp zařízení, které zachycuje snímky až dva milimetry pod povrchem tkání a poskytuje trojrozměrné obrázky s vysokým rozlišením při rychlosti videa.
Podpovrchový rozsah: Nový prototyp endoskopu pořizuje snímky pod povrchem orgánů a tkání. Puškohled pracuje přes malé zrcátko o rozměrech jeden na jeden milimetr (nahoře), které se otáčí a odráží laserový paprsek a vytváří mikroskopické, trojrozměrné obrazy. Současný prototyp je užší než šířka desetníku (níže).
Při typické endoskopii lékaři provléknou pacientovi dýchací cesty nebo gastrointestinální trakt dlouhé tenké vlákno vybavené kamerou, aby zjistili abnormality. Obrázky zobrazené na monitoru v reálném čase mohou odhalit známky infekce, vnitřní krvácení, vředy a nádory na povrchu tkání. Ale dnešní endoskopy ukazují pouze povrchní obraz – neodhalí, co se děje pod povrchem, jako je časný vývoj nádoru.
85 procent rakovin pochází z epitelu, který je asi dva milimetry hluboký, říká Huikai Xie , docent elektrotechniky a výpočetní techniky a ředitel hl Laboratoř biofotoniky a mikrosystémů . Kromě svého potenciálu pro detekci časných příznaků rakoviny, říká, by se tento rozsah mohl ukázat jako užitečný jako chirurgický nástroj, který pomáhá chirurgům určit, jak hluboko je nádor zapuštěn do tkáně. Pokud potřebujete odstranit nádor, chirurgové mají problém určit, kdy přestat. S nástrojem v reálném čase s vysokým rozlišením budou mít jistotu.
John Saltzman, gastroenterolog a ředitel endoskopie v Brigham and Women’s Hospital, říká, že taková technika by pomohla identifikovat časné příznaky rakoviny, zejména v jícnu. Například ve stavu zvaném Barettův jícen procházejí buňky lemující jícen změnou, která zvyšuje riziko rakoviny, říká Saltzman, který se na výzkumu nepodílí. Tato technologie by pro nás byla výhodou k odhalení takových abnormalit.
Namísto malé kamery na špičce je Xieův endoskop vybaven infračerveným skenerem a malým zrcadlem, které skenuje tkáň vrstvu po vrstvě a poskytuje trojrozměrný obraz s mikroskopickým rozlišením. Tato technika je založena na metodě zvané optická koherentní tomografie (OCT) – jako laserové paprsky procházejí ramenem dalekohledu OCT, dopadají na tkáň a odráží část světla zpět, zatímco zbytek se rozptyluje. Různé tkáně, jako je rakovina versus normální tkáň, odrážejí světlo odlišně. Interferometr měří odražené světlo a odečítá rozptýlené světlo. Změna délky ramene mění hloubku, ve které se světlo přímo odráží zpět, a vytváří obrazy různých vrstev, které dohromady tvoří trojrozměrný obraz. Metoda je podobná ultrazvukové technologii a často se nazývá optický ultrazvuk.
Dnes se OCT používá v optometrii k zobrazení sítnice pro známky glaukomu a makulární degenerace. Tato technologie, používaná ke skenování mimo tělo, zahrnuje objemné zařízení vyžadující hodně energie. Teprve nedávno se výzkumníci zaměřili na zmenšení technologie na mikroměřítko, které lze navléknout do lidského těla. Úkolem bylo vytvořit technologii dostatečně malou, aby se vešla do dýchacích cest člověka a přitom využívala velmi malé množství napětí ke skenování infračerveného světla.
Prototyp Xie používá přístup založený na MEMS (mikroelektromechanický systém), který se soustředí na malé zrcadlo o rozměrech jeden na jeden milimetr. Xie a jeho studenti navrhli zrcadlo s malými ovladači nebo mechanickými podpěrami, které otáčí zrcadlem. Jak infračervené světlo dopadá na endoskop, zrcadlo řídí světlo tam a zpět a osvětluje plátek tkáně. Odražené světlo se odráží zpět do endoskopu a je analyzováno a zobrazováno na obrazovce v reálném čase.
Zrcadlo se může otáčet 200 otáčkami za sekundu v úhlu 100 stupňů, což umožňuje dalekohledu provádět rychlé zobrazování v reálném čase. Xie testoval dalekohled na krysách a pořizoval 3D snímky krysích a myších jazyků.
Prototyp je stále příliš velký pro použití u lidí – vyžaduje celkový průměr 5 milimetrů, aby se do něj vešly všechny jeho části. Xie však plánuje další miniaturizaci designu a v příštím roce otestuje model na větších zvířatech, jako jsou prasata a kozy. Nedávno založil společnost, WiOptix , a hledá finanční prostředky od National Institutes of Health, aby pomohl komercializovat technologii.
Eric Seibel , výzkumný docent strojního inženýrství a ředitel k.ú Laboratoř lidské fotoniky na University of Washington říká, že lékaři by museli být vyškoleni k interpretaci OCT snímků, které vypadají spíše jako ultrazvukové snímky než vizuální snímky získané z videokamer. Dodává, že velikost určí, zda endoskopy založené na OCT fungují. [Tento design] je o něco prostorově efektivnější, ale stále má velikost více než pět milimetrů, říká Seibel. Ještě to není úplně ono, ale je to krok správným směrem.