Un aparat inovator separă lumina UV de cea infraroșie pentru identificarea nodulilor canceroși
Cercetătorii au dezvoltat o cameră compactă capabilă să captureze imagini ultraviolete, în apropierea infraroșului și vizibile, utilizând un singur cip.
Inspirați de capacitatea de vedere multivalentă a creveților mantis, acest aparat ar putea ajuta chirurgii să identifice ganglionii limfatici conectați la o tumoră și să evalueze dacă cancerul s-a răspândit la aceștia, făcând intervențiile chirurgicale pentru cancer mai sigure și mai puțin invazive.
Ganglionii limfatici acționează ca filtre care captează virusuri, bacterii și celule anormale, precum celulele canceroase. Atunci când se îndepărtează cancerul mamar, chirurgii trebuie să decidă ce ganglioni limfatici să biopsieze, să îndepărteze sau să păstreze. Îndepărtarea celor corecți ajută la asigurarea eliminării complete a cancerului, în timp ce păstrarea nodulilor neafectați poate reduce complicațiile precum limfedema.
„Instrumentele existente pot arăta unde se drenează limfa, dar nu pot indica în mod fiabil dacă un anumit ganglion limfatic este implicat în cancer în timpul intervenției”, a declarat liderul echipei de cercetare, Viktor Gruev, de la Universitatea din Illinois la Urbana-Champaign. „Aceasta poate duce la tratamente excesive, subtratament sau necesitatea unei a doua proceduri mai târziu.”
În jurnalul Optica, al Grupului de Publicații Optica, cercetătorii descriu noul lor sistem imagistic de un singur cip, care oferă informații în timp real privind localizarea ganglionului limfatic utilizând imagistica în infraroșu apropiat, în timp ce utilizarea imagisticii UV determină dacă acesta pare suspect de cancer. Rezultatele timpurii promițătoare au fost raportate în teste cu țesuturi de cancer mamar.
„Dacă testele viitoare sunt de succes, acest sistem ar putea ajuta pacienții să beneficieze de intervenții chirurgicale mai precise”, a adăugat Gruev.
Peste cancerul mamar, această abordare ar putea fi utilă și în alte tipuri de cancer unde starea ganglionilor limfatici este relevantă sau oriunde evaluarea rapidă a țesutului, fără etichete, ar putea ajuta în timpul intervenției chirurgicale sau evaluării patologice.
Cercetătorii s-au inspirat din modul în care ochiul creveților mantis separă diferitele lungimi de undă ale luminii într-un spațiu foarte compact. Spre deosebire de oameni, care pot vedea doar lumina vizibilă, aceste crustacee pot percepe lumina ultravioletă, vizibilă și unele lungimi de undă în infraroșu apropiat, deoarece ochii lor conțin rânduri suprapuse de fotoreceptori, fiecare fiind adaptat la diferite părți ale spectrului.
„Am împrumutat această idee pentru a permite camerei noastre să colecteze mai multe tipuri de informații optice din exact același loc în același timp”, a spus Gruev. „Aceasta este foarte utilă atunci când doriți ca imaginile să se alinieze perfect în timpul intervenției chirurgicale.”
Noua cameră integrează filtre de pixel de dimensiuni mici și straturi de detectare a luminii suprapuse, astfel încât semnalele ultraviolete, vizibile și în infraroșu apropiat să poată fi detectate separat pe un singur cip. De asemenea, cercetătorii au utilizat un sistem de lentile bazat pe oglinzi pentru a menține o gamă largă de lungimi de undă în focalizare împreună și au dezvoltat un software de reconstrucție a imaginii pentru a transforma diferitele semnale în imagini clare și bine aliniate.
Această configurație permite utilizarea lungimilor de undă infraroșii pentru a detecta verdele de indocianină (ICG), un colorant standard utilizat pentru a găsi ganglionii limfatici. Odată ce ganglionul este localizat, camera poate fi utilizată pentru a obține o măsurare rapidă cu lumină ultravioletă care detectează fluorescența inerentă a țesutului, ceea ce poate determina dacă ganglionul limfatic este canceroas fără a necesita o etichetare specifică pentru cancer. Lumina vizibilă oferă o vedere standard pentru cameră, oferind chirurgilor contextul anatomi pentru a înțelege ceea ce văd.
Cercetătorii au testat capacitatea camerei de a detecta cancerul în mai multe etape. În primul rând, în teste controlate de laborator, au demonstrat că camera putea captura informații ultraviolete, de culoare și în infraroșu apropiat simultan și au măsurat sensibilitatea și acuratețea acesteia.
Apoi, camera a fost testată pe mostre de celule canceroase și apoi pe mostre de cancer mamar proaspăt îndepărtate, acoperind 94 de ganglioni limfatici de la 33 de pacienți. Mostrele au fost comparate cu constatările standard de patologie de la patologii care nu au văzut rezultatele imagistice ultraviolete. Citirea ultravioletă a atins o sensibilitate de 97% și o specificitate de 89%, în timp ce semnalul în infraroșu apropiat a localizat cu fiabilitate ganglionii limfatici.
Cercetătorii subliniază că, deși aceste rezultate sunt foarte încurajatoare, ei văd camera ca un instrument de sprijin pentru deciziile chirurgicale și patologice, nu ca o înlocuire a judecății clinice experte.
Următorul pas pentru cercetători este să treacă de la demonstrările camerei pe țesut proaspăt îndepărtat la un flux de lucru practic pentru sala de operație. Pentru aceasta, este necesară testarea sistemului în grupuri de pacienți mai mari și mai diverse, îmbunătățirea sensibilității și vitezei ultravioletului și dezvoltarea instrumentelor de procesare în timp real care funcționează bine în timpul intervenției chirurgicale. De asemenea, ei intenționează să studieze alte condiții care pot arăta similar cu cancerul, cum ar fi inflamația sau fibroză, și să continue dezvoltarea hardware-ului pentru a putea fi utilizat în siguranță și convenabil într-un cadru clinic steril.
