Los investigadores han desarrollado un nuevo endoscopio médico de inspiración biológica que puede adquirir imágenes de luz visible en 3D e imágenes de fluorescencia del infrarrojo cercano al mismo tiempo. Cuenta con un diseño óptico que combina la imagen en 3D de alta resolución de la visión humana con la capacidad del camarón mantis.para detectar simultáneamente múltiples longitudes de onda de luz.
Los endoscopios con capacidad de imágenes en 3D pueden ayudar a los cirujanos a localizar con precisión el tejido enfermo. Agregar imágenes de fluorescencia puede hacer que el tejido canceroso se ilumine para una extracción más fácil o resaltar partes críticas de la anatomía que deben evitarse durante la cirugía.
En la revista The Optical Society OSA Óptica Express , Chenyoung Shi de la Academia China de Ciencias y sus colegas describen y demuestran el nuevo endoscopio multimodal. Aunque esta es una demostración temprana, el nuevo endoscopio está diseñado para reemplazar directamente los endoscopios existentes sin que los médicos tengan que aprender a usar un nuevo instrumento.
"Los endoscopios 3D de fluorescencia existentes requieren que los cirujanos cambien los modos de trabajo durante la operación para ver las imágenes de fluorescencia", dijo Shi. "Debido a que nuestro endoscopio 3D puede adquirir imágenes 3D visibles y fluorescentes simultáneamente, no solo proporciona más información visual, sino que también puedeacortar el tiempo de operación y reducir los riesgos durante la cirugía. "
Ayuda a la cirugía robótica
Aunque podría usarse para cualquier procedimiento endoscópico, los investigadores diseñaron el nuevo endoscopio multimodal para sistemas de cirugía robótica. Estos sistemas ayudan a aumentar la precisión de los procedimientos mínimamente invasivos y pueden ayudar a los cirujanos a realizar tareas complicadas en áreas confinadas del cuerpo.Para la cirugía robótica, la información visual mejorada proporcionada por el nuevo endoscopio podría ayudar a un cirujano que puede estar en una habitación diferente a la del paciente a distinguir claramente varios tipos de tejido en el campo quirúrgico.
"Aunque los sistemas quirúrgicos robóticos actuales requieren que el cirujano esté cerca, la cirugía robótica basada en este endoscopio 3D multimodal podría algún día permitir a los cirujanos realizar procedimientos de forma remota en ubicaciones lejanas", dijo Shi. "Esto podría ayudar a resolver el problema dedistribución de recursos médicos y beneficiar a las personas que viven en áreas con condiciones médicas relativamente malas ".
El nuevo endoscopio multimodal logra imágenes en 3D de alta resolución utilizando dos sistemas ópticos para formar un diseño binocular muy parecido al de los ojos humanos. Sin embargo, en este caso, el diseño óptico puede acomodar tanto la luz visible como los ojos humanos como el infrarrojo cercanolongitudes de onda requeridas para obtener imágenes de fluorescencia. Esta luz es detectada por un sensor inspirado en los ojos compuestos del camarón mantis, que no solo detecta información multiespectral sino que también reconoce la luz polarizada. El sensor detecta múltiples partes del espectro electromagnético mediante el uso de píxeles con diferentes espectros yrespuestas de polarización.
Para obtener imágenes 3D de alta calidad, el sistema óptico binocular debe tener dos sistemas ópticos con exactamente los mismos parámetros. "Esto impone requisitos estrictos sobre la precisión de procesamiento de los componentes ópticos", dijo Shi. "Pudimos lograr esta precisiónutilizando procesamiento óptico de precisión y combinado con tecnología de espectroscopia basada en chips para hacer posible este endoscopio 3D multimodal ".
Combinando imágenes visibles y de fluorescencia
Para probar el nuevo endoscopio, los investigadores analizaron su resolución, la capacidad de generación de imágenes de fluorescencia y la capacidad de obtener simultáneamente imágenes en 3D con información de color visible e infrarrojo cercano. El endoscopio funcionó bien y logró una resolución de hasta 7 pares de líneas por milímetro conluz visible, igual que los mejores endoscopios 3D que se utilizan hoy en día, y 4 pares de líneas por milímetro bajo iluminación de infrarrojo cercano.
Luego utilizaron el endoscopio para adquirir imágenes de fluorescencia de infrarrojo cercano y color visible de tres concentraciones de verde de indocianina. Esta etiqueta fluorescente de infrarrojo cercano está aprobada por la FDA y se utiliza para etiquetar tejidos tumorales. Aunque las tres muestras no pudieron serdistinguidos por el ojo humano, se podían distinguir claramente con el endoscopio multimodal 3D. Los investigadores también probaron el rendimiento de las imágenes en 3D del endoscopio usándolo para obtener imágenes de un juguete con muchas partes entrecruzadas. El endoscopio fue capaz de producir imágenes en 3D que no causaronfatiga ocular, incluso después de un largo período de visualización.
Los investigadores planean usar el endoscopio 3D para realizar imágenes biológicas y clínicas adicionales. También planean incorporar más longitudes de onda y la capacidad de detectar la polarización para proporcionar aún más información visual.
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Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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