Sensor bioinspired untuk sistem pencitraan endoskopi mencakup susunan piksel yang dapat menangkap cahaya pada enam saluran spektral yang berbeda. Kredit: George et al., doi 10.1117/1.JBO.28.5.056002.
Untuk pasien dengan kanker padat, operasi endoskopi adalah salah satu pilihan pengobatan utama untuk mengangkat tumor. Namun, ada risiko tinggi kekambuhan kanker bahkan jika sejumlah kecil sel kanker tertinggal setelah reseksi bedah. Untuk mencegah hal ini terjadi, para peneliti mengembangkan operasi yang dipandu fluoresensi (FGS). Dalam FGS, pasien disuntik dengan probe fluoresen yang secara khusus mengikat sel tumor, memungkinkan ahli bedah untuk dengan mudah mengidentifikasi lesi dengan bantuan endoskopi khusus yang memancarkan cahaya eksitasi yang diperlukan.
Sayangnya, tumor bisa sangat heterogen, dan probe fluoresen tunggal tidak cukup untuk mendeteksi semuanya. Dengan demikian, salah satu batas dalam FGS adalah menggunakan campuran beberapa probe fluoresen (alias “pelacak”) untuk mendeteksi tumor yang lebih luas, serta untuk mengurangi positif dan negatif palsu. Meskipun ada beberapa kemajuan dalam arah ini, semua endoskopi yang disetujui secara klinis dioptimalkan untuk mendeteksi hanya satu pelacak. Selain itu, instrumen multi-pelacak yang saat ini sedang dikembangkan berukuran besar karena memerlukan beberapa sensor pencitraan dan komponen optik.
Dalam sebuah penelitian yang baru-baru ini diterbitkan dalam Journal of Biomedical Optics (JBO), tim peneliti dari University of Illinois Urbana-Champaign melaporkan sistem pencitraan endoskopik baru yang desainnya dapat mempercepat adopsi FGS multi-pelacak.
Inti dari desain ini terletak sensor pencitraan bioinspired hexa-chromatic (BIS) heksa-kromatik yang inovatif, yang dimodelkan oleh para peneliti berdasarkan sistem visual udang mantis. Sensor terdiri dari tiga lapisan fotodetektor yang ditumpuk secara vertikal yang ditutupi dengan susunan seperti papan catur dari dua filter yang berbeda; satu menyaring cahaya tampak dan yang lainnya menyaring cahaya inframerah-dekat (NIR).
Hasilnya adalah kamera chip tunggal yang dapat secara efektif menangkap cahaya pada enam saluran spektral yang berbeda, sehingga membuatnya mampu mendeteksi perbedaan emisi fluoresensi yang paling halus sekalipun dari jaringan yang dicitrakan. Sebagai gambaran kinerjanya, BIS ini dapat membedakan pelacak fluoresen dengan puncak emisi yang hanya berjarak 20 nanometer (nm). Prestasi seperti itu tidak mungkin dilakukan dengan instrumen pencitraan yang disetujui secara klinis saat ini.
Untuk dapat menggunakan BIS secara efektif, para peneliti juga harus merancang sumber cahaya eksitasi yang tepat untuk mengaktifkan pelacak fluoresen. Untuk tujuan ini, mereka menggunakan serat optik bercabang khusus yang terhubung ke tiga sumber cahaya independen—LED putih dan dua laser NIR pada 665 dan 785 nm. Para peneliti menggabungkan output gabungan dari serat pada awal endoskopi kaku. Dengan cara ini, dengan menggunakan satu sensor gambar dan satu input cahaya, mereka membuat perangkat tidak terlalu besar dibandingkan sistem pencitraan multi-pelacak lainnya.
Para peneliti melakukan uji karakterisasi dan benchmarking untuk menentukan resolusi spasial dan sensitivitas perangkat. Selain itu, mereka melakukan eksperimen in vivo pada model tikus untuk kanker payudara. Tikus-tikus ini disuntik dengan pelacak 680 nm, pelacak 800 nm, atau campuran keduanya yang setara. Sistem yang diusulkan dapat dengan jelas membedakan antara tanda tangan fluoresensi yang dihasilkan oleh pelacak individu dan campurannya.
Bertujuan untuk memamerkan potensi klinis dari endoskopi mereka, para peneliti menggunakannya untuk mencitrakan nodul kanker paru-paru yang baru saja diangkat dari pasien. Meskipun pasien ini hanya disuntik dengan satu pelacak fluoresen, perangkat yang diusulkan masih mampu membedakan nodul ganas dari jaringan sehat secara akurat.
Secara keseluruhan, para peneliti mencapai terobosan teknik penting yang akan membuka jalan menuju adopsi FGS multi-pelacak. Berkat resolusi spasial yang lebih tinggi dan kapasitasnya yang luar biasa untuk mendeteksi variasi kecil dalam emisi fluoresensi, sistem pencitraan endoskopik yang diusulkan akan membantu dokter mendeteksi tumor yang lebih kecil atau tersembunyi dengan lebih mudah.
Informasi lebih lanjut: Mebin B. George et al, sistem pencitraan endoskopik inframerah dekat warna yang diilhami oleh Bio untuk operasi kanker yang dipandu molekuler, Journal of Biomedical Optics (2023). DOI: 10.1117/1.JBO.28.5.056002
Kutipan: Sistem pencitraan endoskopi yang inovatif dapat mendeteksi beberapa pelacak fluoresen (2023, 26 Mei) diambil 26 Mei 2023 dari https://medicalxpress.com/news/2023-05-endoscopic-imaging-multiple-fluorescent-tracers.html
Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari kesepakatan yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.