سیستم تصویربرداری آندوسکوپی نوآورانه می تواند ردیاب های فلورسنت متعدد را تشخیص دهد

برای بیماران مبتلا به سرطان جامد، جراحی آندوسکوپی یکی از گزینه های درمانی اولیه برای برداشتن تومورها است. با این حال، اگر حتی تعداد کمی از سلول های سرطانی پس از برداشتن جراحی باقی بمانند، خطر عود سرطان زیاد است. برای جلوگیری از این اتفاق، محققان عمل جراحی هدایت شده با فلورسانس (FGS) را توسعه دادند. در FGS، به بیماران یک پروب فلورسنت تزریق می‌شود که ترجیحاً به سلول‌های تومور متصل می‌شود و جراحان را قادر می‌سازد تا به راحتی ضایعات را با کمک آندوسکوپ‌های تخصصی که نور تحریک لازم را ساطع می‌کنند، شناسایی کنند.

متأسفانه، تومورها می توانند بسیار ناهمگن باشند و یک کاوشگر فلورسنت برای تشخیص همه آنها کافی نیست. بنابراین، یکی از مرزهای FGS استفاده از کوکتل های پروب های فلورسنت متعدد (معروف به “ردیاب”) برای تشخیص طیف وسیع تری از تومورها و همچنین کاهش مثبت و منفی کاذب است. علیرغم برخی پیشرفت ها در این جهت، آندوسکوپ های تایید شده بالینی همگی برای تشخیص تنها یک ردیاب بهینه شده اند. علاوه بر این، ابزارهای چند ردیاب که در حال حاضر در حال توسعه هستند، حجیم هستند زیرا به چندین سنسور تصویربرداری و اجزای نوری نیاز دارند.

در مطالعه ای که اخیراً در مجله اپتیک زیست پزشکی (JBO)، یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه ایلینویز Urbana-Champaign یک سیستم تصویربرداری آندوسکوپی جدید را گزارش کردند که طراحی آن می تواند تا حد زیادی پذیرش FGS چند ردیاب را تسریع کند.

در قلب این طراحی، یک حسگر تصویربرداری هگزا کروماتیک خلاقانه (BIS) قرار دارد که محققان آن را بر اساس سیستم بینایی میگوی مانتیس مدل‌سازی کردند. این حسگر شامل سه لایه آشکارسازهای نوری است که به صورت عمودی روی هم قرار گرفته اند که با آرایش شطرنجی از دو فیلتر مختلف پوشیده شده است. یکی نور مرئی و دیگری نور مادون قرمز نزدیک (NIR) را فیلتر می کند.

نتیجه یک دوربین تک‌تراشه‌ای است که می‌تواند به طور موثر نور را در شش کانال طیفی مختلف ثبت کند، در نتیجه می‌تواند حتی ظریف‌ترین تفاوت‌ها را در انتشار فلورسانس از بافتی که تصویر می‌شود، تشخیص دهد. برای نشان دادن عملکرد خود، این BIS می‌تواند ردیاب‌های فلورسنت را با قله‌های انتشار که فقط ۲۰ نانومتر (nm) فاصله دارند، متمایز کند. چنین شاهکاری با ابزارهای تصویربرداری بالینی تایید شده فعلی امکان پذیر نیست.

برای اینکه بتوانند از BIS به طور موثر استفاده کنند، محققان همچنین باید یک منبع نور تحریک مناسب برای فعال کردن ردیاب های فلورسنت طراحی می کردند. برای این منظور، آنها از فیبرهای نوری دوشاخه سفارشی متصل به سه منبع نور مستقل – یک LED سفید و دو لیزر NIR در 665 و 785 نانومتر استفاده کردند. محققان خروجی ترکیبی الیاف را در شروع آندوسکوپ سفت و سخت جفت کردند. به این ترتیب، با استفاده از یک سنسور تصویربرداری و یک ورودی نور، دستگاه را نسبت به سایر سیستم‌های تصویربرداری چند ردیاب، کمتر حجیم کردند.

محققان برای تعیین وضوح مکانی و حساسیت دستگاه، آزمایش‌هایی را برای تعیین مشخصات و معیار انجام دادند. علاوه بر این اجرا کردند in vivo آزمایشات روی مدل موش برای سرطان سینه به این موش ها یک ردیاب 680 نانومتری، یک ردیاب 800 نانومتری یا مخلوطی برابر از این دو تزریق شد. سیستم پیشنهادی می تواند به وضوح بین امضاهای فلورسانس تولید شده توسط ردیاب های فردی و مخلوط تمایز قائل شود.

محققان با هدف نشان دادن پتانسیل بالینی آندوسکوپ خود، از آن برای تصویربرداری از گره های سرطان ریه که به تازگی از بیماران برداشته شده بودند، استفاده کردند. اگرچه به این بیماران فقط یک ردیاب فلورسنت تزریق شده بود، دستگاه پیشنهادی همچنان قادر به تشخیص دقیق ندول های بدخیم از بافت سالم بود.

به طور کلی، محققان به پیشرفت‌های مهندسی مهمی دست یافتند که راه را برای پذیرش FGS چند ردیاب هموار می‌کند. به لطف وضوح فضایی بالاتر و ظرفیت قابل توجه آن برای تشخیص تغییرات کوچک در انتشار فلورسانس، سیستم تصویربرداری آندوسکوپی پیشنهادی به پزشکان کمک می‌کند تا تومورهای کوچک‌تر یا پنهان‌تر را راحت‌تر تشخیص دهند.