En un paso importante hacia el diagnóstico endoscópico de cáncer, los investigadores han desarrollado una sonda de fibra óptica portátil que se puede usar para realizar múltiples técnicas de imagen no lineal sin la necesidad de tinción de tejido. La nueva sonda de imagen multimodal utiliza un láser ultrarrápido para crear una óptica no linealefectos en el tejido que pueden revelar cáncer y otras enfermedades.
Hoy en día, el cáncer generalmente se diagnostica mediante la extracción de un trozo de tejido con una biopsia y luego enviar ese tejido a un patólogo especialmente capacitado que tiñe el tejido y utiliza un microscopio para buscar células cancerosas. La capacidad de los médicos para omitir la biopsia yusar un endoscopio de imágenes multimodales para diagnosticar el cáncer en el acto ahorraría un tiempo valioso y también podría permitir a los cirujanos diferenciar más fácilmente entre tejido canceroso y sano durante la cirugía.
Con la nueva sonda, las técnicas de imagen que anteriormente requerían instrumentos voluminosos de sobremesa se pueden realizar con un dispositivo portátil que mide solo 8 milímetros de diámetro, aproximadamente el mismo diámetro que un bolígrafo. Si se miniaturiza aún más, la sonda podría integrarse fácilmenteen un endoscopio para imágenes multimodales no lineales dentro del cuerpo.
"Esperamos que, algún día, las técnicas de imágenes endoscópicas multimodales puedan ayudar a los médicos a tomar decisiones rápidas durante la cirugía, sin la necesidad de tomar biopsias, usar tratamientos de tinción o realizar procedimientos histopatológicos complejos", dijo Jürgen Popp, del Instituto de Tecnología Fotónica Leibnizen Jena, Alemania y el autor principal del artículo.
Los investigadores detallan su nueva sonda portátil en óptica , la revista de la Optical Society para la investigación de alto impacto. Es la primera sonda miniaturizada para imágenes biológicas multimodales que incorpora una fibra de imágenes multinúcleo, un tipo de fibra óptica que consta de varios miles de elementos que guían la luz. Esta fibra de imagen especial permitió a los investigadorespara mantener todas las partes móviles y la energía eléctrica fuera del cabezal de la sonda, haciendo que la sonda sea fácil y segura de usar en el cuerpo.
Los investigadores han probado la sonda con muchos tipos de muestras de tejido, pero debido a que actualmente está diseñada para el modo de vista frontal, las aplicaciones principales de la sonda probablemente incluirían cirugía de piel, cerebro o cabeza y cuello. Están trabajando en la implementación de unmodo de vista lateral que podría usarse para investigar órganos huecos y arterias como el colon, la vejiga o la aorta.
Un mini microscopio
"La nueva sonda sirve como un microscopio miniaturizado que usa láseres de infrarrojo cercano para investigar el tejido", dijo Popp. "Los diferentes componentes del tejido biológico reaccionan de manera diferente a los láseres de excitación, y su respuesta única nos brinda información sobre la composición molecular ymorfología dentro del tejido "
La sonda de imagen multimodal de mano puede adquirir simultáneamente varios tipos de imágenes: dispersión Raman anti-stokes coherente, segunda generación armónica y autofluorescencia excitada con dos fotones. Estas técnicas de imagen no lineal han demostrado ser útiles para el diagnóstico clínico, incluida la identificacióncélulas cancerosas, pero ha sido difícil miniaturizar la instrumentación requerida para su uso dentro del cuerpo.
El tamaño reducido de la sonda proviene del uso de lentes de índice de gradiente, o GRIN, para enfocar la luz láser. En comparación con las lentes esféricas tradicionales que usan superficies de formas complicadas para enfocar la luz, las lentes GRIN se pueden hacer muy pequeñas porque enfocan la luz a travéscambios continuos del índice de refracción dentro del material de la lente. El equipo de investigación de Popp colaboró con científicos de Grintech Gmbh que diseñaron lentes GRIN de solo 1,8 milímetros de diámetro y ayudaron a incorporar el robusto conjunto de lentes en una pequeña carcasa de aluminio.
Los endoscopios diseñados para imágenes no lineales suelen utilizar espejos móviles y dispositivos electromecánicos para el escaneo láser punto por punto en el cabezal de la sonda. El uso de la fibra de imágenes multinúcleo permitió a los investigadores reducir aún más el tamaño del dispositivo al mover el escaneo láser fuera del cabezal de la sonda ylejos del sitio de la muestra. Debido a que los miles de elementos o núcleos de guía de la luz de la fibra preservan la relación espacial de la luz entre los dos extremos de la fibra, el escaneo se puede realizar en el extremo opuesto de la fibra, haciendo un enfoque endoscópicomás fácil.
"En comparación con otros enfoques endoscópicos de imágenes no lineales, nuestra sonda de fibra se destaca por su simplicidad", dijo Popp. "Dado que no hay partes móviles incorporadas en el cabezal de la sonda, las posibles desalineaciones en la óptica son limitadas y la vida útil general de la sonda esaumentado."
Imagen multimodal de tejido
Los investigadores demostraron las capacidades únicas de la fibra de imágenes multinúcleo moviendo un extremo de la sonda a través de una muestra y transfiriendo las imágenes adquiridas al otro extremo ". Esta no es una tarea trivial ya que los núcleos de la fibra de imágenes difieren en tamañoy la forma, lo que dificulta el acoplamiento eficiente y homogéneo de los láseres de excitación ", dijo Popp." Además, tuvimos que lidiar con efectos no deseados como diferentes longitudes de onda que interactúan dentro de la fibra y el acoplamiento de luz de núcleo a núcleo ".
También demostraron que la sonda podría adquirir dispersiones Raman anti-stokes coherentes separadas, imágenes de segunda generación armónica y autofluorescencia excitada con dos fotones de muestras de tejido de piel humana sana con una resolución de 2048 por 2048 píxeles para un área escaneada de 300 por 300micras. Esta resolución y campo de visión es suficiente para identificar los bordes del tumor, y la sonda se puede mover sobre la superficie del tejido para obtener una visión general del área afectada.
Los investigadores están trabajando para utilizar algoritmos para mejorar la calidad de las imágenes multimodales, que aparecen pixeladas debido a la estructura de la fibra de imágenes multinúcleo. Como siguiente paso, planean probar la sonda en modelos animales y con pacientes en unentorno clínico.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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