Новая технология, разработанная командой из Университета Аризоны и Вашингтонского университета в Сент-Луисе, представляет собой двухрежимный формирователь изображений, который объединяет две системы: флуоресцентную визуализацию в ближнем инфракрасном диапазоне для обнаружения меченых раковых клеток и визуализацию с отражением видимого света, чтобы увидеть контуры самой ткани — в одну небольшую легкую упаковку размером примерно с четверть в диаметре и всего 25 миллиметров в поперечнике.«Двойная модальность — это путь вперед, потому что она имеет значительные преимущества перед одиночной модальностью», — говорит автор Жунгуанг Лян, доцент оптических наук в Университете Аризоны.Интерес к технологии мультимодальной визуализации резко возрос за последние 10 лет, говорит главный редактор журнала Optics Letters Брайан Эпплгейт из Техасского университета AM, который не принимал участия в исследовании.
По его словам, люди поняли, что для более точной диагностики таких заболеваний, как рак, вам нужна информация из различных источников, будь то флюоресцентная визуализация, оптическая визуализация или биохимические маркеры.«Комбинируя различные методы вместе, вы получаете гораздо лучшую картину ткани», что может помочь хирургам убедиться, что они удаляют все до последнего кусочка опухоли и как можно меньшее количество здоровой ткани, — говорит Эпплгейт.В настоящее время врачи могут вводить пациенту флуоресцентные красители, чтобы помочь им определить раковые клетки.
Красители сходятся на пораженных клетках, и когда врачи направляют на раковые участки свет определенной длины волны, краситель начинает светиться. В случае обычного красителя, называемого индоцианиновым зеленым (ICG), он светится в ближнем инфракрасном свете.
Но поскольку человеческий глаз не чувствителен к ближнему инфракрасному свету, хирурги должны использовать специальную камеру, чтобы увидеть свечение и определить точное местоположение опухоли.Хирурги также должны иметь возможность видеть поверхность ткани и опухоль под ней, прежде чем разрезать, что требует визуализации в видимом свете.
Итак, исследователи разрабатывают системы, которые могут видеть как в флуоресцентном, так и в видимом свете.Проблема в том, что два режима имеют противоположные потребности, что затрудняет интеграцию. Поскольку флуоресцентное свечение имеет тенденцию быть тусклым, камера с ближним инфракрасным светом должна иметь широкую апертуру, чтобы собирать как можно больше флуоресцентного света. Но камера с большой апертурой имеет низкую глубину резкости, что противоположно тому, что требуется для визуализации в видимом свете.
«Другое решение — совместить две разные системы визуализации бок о бок», — говорит Лян. «Но это делает устройство громоздким, тяжелым и непростым в использовании».Чтобы решить эту проблему, группа Ляна и его коллег, Самуэля Ачилефуа и Виктора Груева из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, создали первую в своем роде двухрежимную систему визуализации, которая не приносит никаких жертв.
Новая система основана на простом апертурном фильтре, который состоит из дискообразной области посередине и кольцеобразной области снаружи. Средняя часть пропускает видимый и ближний инфракрасный свет, а внешнее кольцо пропускает только ближний инфракрасный свет. Когда вы помещаете фильтр в систему формирования изображения, его апертура становится достаточно широкой, чтобы пропускать большое количество ближнего инфракрасного света.
Но поскольку видимый свет не может проникнуть через внешнее кольцо, чувствительная к видимому свету часть фильтра имеет достаточно маленькую апертуру, чтобы глубина резкости была большой.Команда Ляна в настоящее время адаптирует дизайн своего фильтра для использования в легких устройствах, похожих на очки, которые хирург может носить во время операции.
Они также разрабатывают аналогичный портативный инструмент.