211service.com
Nieuwe endoscoop ziet wat eronder ligt
Een endoscoop die is uitgerust met een infraroodlaser en een kleine spiegel kan op een dag artsen helpen bij het diagnosticeren van vroege tekenen van kanker en andere ziekten en helpen bij operaties. Een onderzoeker aan de Universiteit van Florida heeft een prototype-apparaat ontworpen dat beelden vastlegt tot twee millimeter onder het oppervlak van weefsels, waardoor driedimensionale beelden met hoge resolutie en videosnelheid worden verkregen.
Ondergronds toepassingsgebied: Een nieuw prototype van een endoscoop maakt beelden onder het oppervlak van organen en weefsels. De scoop werkt door een kleine spiegel van één voor één millimeter (boven) die draait en een laserstraal weerkaatst om microscopische, driedimensionale beelden te produceren. Het huidige prototype is smaller dan de breedte van een dubbeltje (hieronder).
Bij typische endoscopie voeren artsen een lange, dunne, met camera uitgeruste vezel door de luchtwegen of het maagdarmkanaal van een patiënt om afwijkingen op te sporen. De beelden, die in realtime op een monitor worden weergegeven, kunnen tekenen van infectie, inwendige bloedingen, zweren en tumoren op weefseloppervlakken onthullen. Maar de endoscopen van vandaag tonen slechts een oppervlakkig beeld - ze onthullen niet wat er onder het oppervlak gebeurt, zoals vroege tumorontwikkeling.
Vijfentachtig procent van de kankers is afkomstig van het epitheel, dat ongeveer twee millimeter diep is, zegt Huikai Xie , universitair hoofddocent elektrische en computertechniek en directeur van de Laboratorium voor biofotonica en microsystemen . Naast het potentieel voor het detecteren van vroege tekenen van kanker, zegt hij, kan de reikwijdte nuttig zijn als chirurgisch hulpmiddel, waardoor chirurgen kunnen bepalen hoe diep een tumor in weefsel is ingebed. Als u de tumor moet verwijderen, vinden de chirurgen het moeilijk om te bepalen wanneer ze moeten stoppen. Met een realtime tool met hoge resolutie zullen ze dat zeker weten.
John Saltzman, gastro-enteroloog en directeur van endoscopie in het Brigham and Women's Hospital, zegt dat een dergelijke techniek zou helpen bij het identificeren van vroege tekenen van kanker, vooral in de slokdarm. Bij een aandoening die de slokdarm van Barett wordt genoemd, ondergaan de cellen langs de slokdarm bijvoorbeeld een verandering die het risico op kanker verhoogt, zegt Saltzman, die niet bij het onderzoek betrokken is. Deze technologie zou voor ons een voordeel zijn om dergelijke afwijkingen op te sporen.
In plaats van een kleine camera aan het uiteinde, is de endoscoop van Xie uitgerust met een infraroodscanner en een kleine spiegel, die weefsel laag voor laag scant om een driedimensionaal beeld met microscopische resolutie te leveren. De techniek is gebaseerd op een methode die optische coherentietomografie (OCT) wordt genoemd: een laserstraal door de arm van een OCT-scope, raakt weefsel en reflecteert wat licht terug, terwijl de rest verstrooit. Verschillende weefsels, zoals kanker versus normaal weefsel, reflecteren licht anders. Een interferometer meet het gereflecteerde licht en trekt het verstrooide licht af. Door de lengte van de arm te veranderen, verandert de diepte waarop licht direct wordt teruggekaatst, waardoor beelden van verschillende lagen ontstaan, die samen een driedimensionaal beeld vormen. De methode is vergelijkbaar met ultrasone technologie en wordt vaak optische echografie genoemd.
Tegenwoordig wordt OCT in de optometrie gebruikt om het netvlies af te beelden op tekenen van glaucoom en maculaire degeneratie. Die technologie, die wordt gebruikt om buiten het lichaam te scannen, omvat omvangrijke apparatuur die veel kracht vereist. Pas onlangs hebben onderzoekers gekeken naar het verkleinen van de technologie tot een microschaal die in het menselijk lichaam kan worden geregen. De uitdaging was om de technologie klein genoeg te maken om door de menselijke luchtwegen te passen en tegelijkertijd zeer kleine hoeveelheden spanning te gebruiken om infrarood licht te scannen.
Xie's prototype maakt gebruik van een MEMS-gebaseerde (micro-elektromechanische systeem) benadering, gecentreerd op een kleine spiegel van één millimeter. Xie en zijn studenten ontwierpen de spiegel met kleine actuatoren, of mechanische steunen, die de spiegel draaien. Terwijl infrarood licht langs de endoscoop straalt, stuurt de spiegel het licht heen en weer, waardoor een stukje weefsel wordt verlicht. Het gereflecteerde licht kaatst terug op de endoscoop en wordt in realtime geanalyseerd en weergegeven op een scherm.
De spiegel kan 200 omwentelingen per seconde draaien in een hoek van 100 graden, waardoor de scoop snelle, realtime beeldvorming kan uitvoeren. Xie testte de scoop bij ratten en nam 3D-beelden van de tong van ratten en muizen.
Het prototype is nog steeds te groot om bij mensen te gebruiken - het vereist een totale diameter van 5 millimeter om alle onderdelen te passen. Xie is echter van plan het ontwerp verder te miniaturiseren en het model het komende jaar te testen bij grotere dieren zoals varkens en geiten. Hij startte onlangs een bedrijf, WiOptix , en zoekt financiering van de National Institutes of Health om de technologie te helpen commercialiseren.
Eric Seibel , universitair hoofddocent werktuigbouwkunde en directeur van de Menselijk Fotonica Lab aan de Universiteit van Washington, zegt dat clinici moeten worden opgeleid om LGO-beelden te interpreteren, die meer op ultrasone beelden lijken dan op visuele beelden die zijn verkregen van videocamera's. Hij voegt eraan toe dat de grootte zal bepalen of OCT-gebaseerde endoscopen werken. [Dit ontwerp] is een beetje ruimtebesparend, maar het is nog steeds meer dan vijf millimeter groot, zegt Seibel. Het is er nog niet helemaal, maar het is een stap in de goede richting.