211service.com
Nyt endoskop ser, hvad der ligger under
Et endoskop udstyret med en infrarød laser og et lille spejl kan en dag hjælpe læger med at diagnosticere tidlige tegn på kræft og andre sygdomme og hjælpe med kirurgi. En forsker ved University of Florida har designet en prototypeenhed, der fanger billeder op til to millimeter under overfladen af væv, hvilket giver højopløselige, tredimensionelle billeder ved videohastighedshastigheder.
Undergrundsomfang: En ny endoskopprototype tager billeder under overfladen af organer og væv. Kikkerten fungerer gennem et lille en-til-en-millimeter spejl (ovenfor), der drejer og reflekterer en laserstråle for at producere mikroskopiske, tredimensionelle billeder. Den nuværende prototype er smallere end bredden af en skilling (nedenfor).
I typisk endoskopi trækker læger en lang, tynd, kamera-udstyret fiber gennem en patients luftvej eller mave-tarmkanal for at finde abnormiteter. Billederne, der vises på en monitor i realtid, kan afsløre tegn på infektion, indre blødninger, sår og tumorer på vævsoverflader. Men nutidens endoskoper viser kun et overfladisk billede - de afslører ikke, hvad der foregår under overfladen, såsom tidlig tumorudvikling.
85 procent af kræfttilfældene stammer fra epitelet, som er omkring to millimeter dybt, siger Huikai Xie , lektor i el- og computerteknik og direktør for Biofotonik og mikrosystemlaboratorium . Ud over dets potentiale til at opdage tidlige tegn på kræft, siger han, kan omfanget vise sig nyttigt som et kirurgisk værktøj, der hjælper kirurger med at bestemme, hvor dybt en tumor er indlejret i væv. Hvis du skal fjerne tumoren, har kirurgerne svært ved at bestemme, hvornår de skal stoppe. Med et realtidsværktøj i høj opløsning vil de være sikre.
John Saltzman, en gastroenterolog og direktør for endoskopi på Brigham and Women's Hospital, siger, at en sådan teknik vil hjælpe med at identificere tidlige tegn på kræft, især i spiserøret. I en tilstand kaldet Baretts spiserør, for eksempel, gennemgår celler, der beklæder spiserøret, en forandring, der øger risikoen for kræft, siger Saltzman, som ikke er involveret i forskningen. Denne teknologi ville være en fordel for os til at opdage sådanne abnormiteter.
I stedet for et lille kamera i spidsen er Xies endoskop udstyret med en infrarød scanner og et lille spejl, som scanner væv lag for lag for at give et tredimensionelt billede med mikroskopisk opløsning. Teknikken er baseret på en metode kaldet optisk kohærenstomografi (OCT) – da en laserstråler gennem armen på et OCT-skop rammer den væv og reflekterer noget lys tilbage, mens resten spredes. Forskellige væv, såsom kræft versus normalt væv, reflekterer lys forskelligt. Et interferometer måler det reflekterede lys og trækker det spredte lys fra. Ændring af armens længde ændrer den dybde, hvor lyset reflekteres direkte tilbage, hvilket giver billeder af forskellige lag, som tilsammen danner et tredimensionelt billede. Metoden ligner ultralydsteknologi, og kaldes ofte optisk ultralyd.
I dag bruges OCT i optometri til at afbilde nethinden for tegn på glaukom og makuladegeneration. Denne teknologi, der bruges til at scanne uden for kroppen, involverer omfangsrigt udstyr, der kræver meget strøm. Først for nylig har forskere undersøgt at skrue teknologien ned til en mikroskala, der kan skrues ind i den menneskelige krop. Udfordringen har været at gøre teknologien lille nok til at passe gennem menneskelige luftveje, mens man bruger meget små mængder spænding til at scanne infrarødt lys.
Xies prototype bruger en MEMS-baseret (mikroelektromekanisk system) tilgang, centreret om et lille, en-til-en-millimeter spejl. Xie og hans elever designede spejlet med små aktuatorer eller mekaniske understøtninger, som drejer spejlet. Mens infrarødt lys stråler ned i endoskopet, styrer spejlet lyset frem og tilbage og oplyser et stykke væv. Det reflekterede lys hopper tilbage op i endoskopet og analyseres og afbildes på en skærm i realtid.
Spejlet kan dreje 200 omdrejninger i sekundet i en 100-graders vinkel, hvilket gør det muligt for kikkerten at udføre hurtig billeddannelse i realtid. Xie testede skopet i rotter og tog 3D-billeder af rotte- og musetunger.
Prototypen er stadig for stor til at bruge i mennesker – den kræver en samlet diameter på 5 millimeter for at passe til alle dens dele. Xie planlægger dog at miniaturisere designet yderligere og vil teste modellen i større dyr som grise og geder i det næste år. Han startede for nylig et firma, WiOptix , og søger finansiering fra National Institutes of Health for at hjælpe med at kommercialisere teknologien.
Erik Seibel , forskningslektor i maskinteknik og direktør for Human Photonics Lab ved University of Washington siger, at klinikere skal trænes til at fortolke OCT-billeder, som ligner mere ultralydsbilleder end de visuelle billeder, der er opnået fra videokameraer. Han tilføjer, at størrelsen vil afgøre, om OCT-baserede endoskoper virker. [Dette design] er en lille smule mere pladseffektiv, men det er stadig mere end fem millimeter i størrelse, siger Seibel. Det er der ikke helt endnu, men det er et skridt i den rigtige retning.