Nytt endoskop ser vad som ligger under

Ett endoskop utrustat med en infraröd laser och en liten spegel kan en dag hjälpa läkare att diagnostisera tidiga tecken på cancer och andra sjukdomar och hjälpa kirurgi. En forskare vid University of Florida har designat en prototypenhet som fångar bilder upp till två millimeter under vävnadsytan, vilket ger högupplösta, tredimensionella bilder vid videohastighetshastigheter.

Omfattning under ytan: En ny endoskopprototyp tar bilder under ytan av organ och vävnader. Kicken fungerar genom en liten en-till-en-millimeterspegel (ovanför) som svänger och reflekterar en laserstråle för att producera mikroskopiska, tredimensionella bilder. Den nuvarande prototypen är smalare än bredden på en krona (nedan).

I typisk endoskopi trär läkare en lång, tunn, kamerautrustad fiber genom en patients luftvägar eller mag-tarmkanalen för att söka upp abnormiteter. Bilderna, som visas på en monitor i realtid, kan avslöja tecken på infektion, inre blödningar, sår och tumörer på vävnadsytor. Men dagens endoskop visar bara en ytlig bild - de avslöjar inte vad som händer under ytan, som tidig tumörutveckling.

Åttiofem procent av cancerfallen härrör från epitelet, som är cirka två millimeter djupt, säger Huikai Xie , docent i el- och datateknik och chef för Biofotonik- och mikrosystemlaboratoriet . Förutom dess potential för att upptäcka tidiga tecken på cancer, säger han, kan räckvidden vara användbar som ett kirurgiskt verktyg som hjälper kirurger att avgöra hur djupt en tumör är inbäddad i vävnaden. Om du behöver ta bort tumören har kirurgerna svårt att avgöra när de ska sluta. Med ett realtidsverktyg med hög upplösning kommer de att vara säkra.

John Saltzman, en gastroenterolog och chef för endoskopi vid Brigham and Women's Hospital, säger att en sådan teknik skulle hjälpa till att identifiera tidiga tecken på cancer, särskilt i matstrupen. I ett tillstånd som kallas Baretts matstrupe, till exempel, genomgår celler som kantar matstrupen en förändring som ökar risken för cancer, säger Saltzman, som inte är involverad i forskningen. Denna teknik skulle vara en fördel för oss att upptäcka sådana avvikelser.

Istället för en liten kamera i spetsen är Xies endoskop utrustat med en infraröd skanner och en liten spegel, som skannar vävnad lager för lager för att ge en tredimensionell bild med mikroskopisk upplösning. Tekniken är baserad på en metod som kallas optisk koherenstomografi (OCT) – eftersom en laserstrålar genom armen på ett OCT-kikare träffar den vävnad och reflekterar lite ljus tillbaka, medan resten sprider sig. Olika vävnader, som cancer kontra normal vävnad, reflekterar ljuset olika. En interferometer mäter det reflekterade ljuset och subtraherar det spridda ljuset. Att ändra längden på armen ändrar djupet där ljuset reflekteras direkt tillbaka, vilket ger bilder av olika lager, som tillsammans bildar en tredimensionell bild. Metoden liknar ultraljudsteknik, och kallas ofta för optiskt ultraljud.

Idag används OCT inom optometri för att avbilda näthinnan efter tecken på glaukom och makuladegeneration. Den tekniken, som används för att skanna utanför kroppen, involverar skrymmande utrustning som kräver mycket ström. Först nyligen har forskare tittat på att krympa tekniken till en mikroskala som kan träs in i människokroppen. Utmaningen har varit att göra tekniken tillräckligt liten för att passa genom mänskliga luftvägar samtidigt som man använder mycket små mängder spänning för att skanna infrarött ljus.

Xies prototyp använder en MEMS-baserad (mikroelektromekaniskt system) tillvägagångssätt, centrerad på en liten, en-till-en-millimeterspegel. Xie och hans elever designade spegeln med små ställdon, eller mekaniska stöd, som svänger spegeln. När infrarött ljus strålar ner i endoskopet, styr spegeln ljuset fram och tillbaka och lyser upp en bit vävnad. Det reflekterade ljuset studsar tillbaka upp i endoskopet och analyseras och avbildas på en skärm i realtid.

Spegeln kan svänga 200 varv per sekund, i en 100-graders vinkel, vilket gör det möjligt för kikarsikten att utföra snabba bilder i realtid. Xie testade räckvidden på råttor och tog 3D-bilder av rått- och mustungor.

Prototypen är fortfarande för stor för att användas på människor – den kräver en total diameter på 5 millimeter för att passa alla dess delar. Xie planerar dock att miniatyrisera designen ytterligare och kommer att testa modellen i större djur som grisar och getter under nästa år. Han startade nyligen ett företag, WiOptix , och finnas söka medel alltifrån de nationella instituten av hälsa till hjälp kommersialisera tecknologin.

Eric Seibel , forskningsdocent i maskinteknik och chef för Human Photonics Lab vid University of Washington, säger att kliniker måste utbildas för att tolka bilder från OCT, som ser mer ut som ultraljudsbilder än de visuella bilder som erhålls från videokameror. Han tillägger att storleken kommer att avgöra om OCT-baserade endoskop fungerar. [Den här designen] är lite mer utrymmeseffektiv, men den är fortfarande mer än fem millimeter stor, säger Seibel. Det är inte riktigt där än, men det är ett steg i rätt riktning.

Dölj