胃肠癌 (GC) 是最常见的癌症形式之一，占全球所有癌症死亡人数的三分之一。 早期诊断是降低GC相关死亡率的有效方法，而内镜筛查已被证明是检测潜在恶性肿瘤的极好方法。
为了让尽可能多的人受益于筛查项目，所使用的成像系统的制造和操作成本应该低廉，但又足够准确，以实现低漏诊率。 为了实现这一目标，科学家们一直在尝试不同的成像方式。
其中，空间频域成像（SFDI）是区分健康组织和恶性组织的一种有前景的技术。 在 SFDI 中，重复的 2D 光图案被投射到目标区域。 通过检查反射光图案的强度，可以获得有关所研究组织的光学特性的信息，从而揭示癌性病变的存在。 尽管这种成像方式简单且经济实惠，但当前的 SFDI 系统体积太大，无法安装在标准内窥镜中，限制了它们在 GC 筛查中的使用。
在此背景下，诺丁汉大学的研究人员 Jane Crowley 和 George Gordon 最近开发了一种创新的 SFDI 设备，该设备显示出胃肠内窥镜应用的前景。 他们的研究发表在 生物医学光学杂志可以帮助普通人群更广泛地获得GC筛查。
本研究的一个主要挑战是找到一种方法，以方便且经济高效的方式生成执行 SFDI 所需的光图案。
现有系统不适合胃肠道中的常规内窥镜部署，因为它们要么使用基于数字微镜设备的投影仪，这种投影仪成本高昂且无法充分小型化，要么使用光纤束在有限的波长组下产生低质量图案，并且只记录低分辨率图像，或者使用不够灵活的刚性内窥镜。”
简·克劳利，诺丁汉大学
为了克服这些问题，研究人员设计了一种超小型 SFDI 系统，该系统使用定制的光纤束作为投影仪。 光纤束由七根光纤组成，可以独立耦合到不同波长的激光源。 通过将给定波长的单个激光馈送到两根不同的光纤，人们可以利用干涉现象将二维正弦图案投射到目标组织上。 可以通过选择不同的光纤对来调整所得图案的空间特性，并且可以同时投影由最多三种不同波长（例如绿色、红色和蓝色）组成的图案。
通过将这种投影方法与超小型相机（1 毫米 x 1 毫米）相结合，研究人员开发了直径仅为 3 毫米的原型 SFDI 系统。 此外，使用跟踪投影正弦图案中的相位偏差的定制算法，他们成功地减少了捕获的吸收和散射剖面中的噪声。
使用模仿健康组织和癌组织光学特性的组织模型进行的实验表明，所提出的设备可以在两种组织类型之间提供出色的对比度。 更具体地说，检测鳞状细胞癌的特异性和敏感性值估计超过 90%，与当前医疗器械的临床标准相当。
研究人员表示，所提出的系统可以进一步小型化，直径小至 1.5 毫米，从而实现微创内窥镜手术。 此外，它与多波长成像（使用不同颜色的激光）的兼容性意味着该系统可用于捕获不同组织深度的光学信息，从而能够同时分析多个组织层。
总之，这项研究的结果展示了这种创新成像方法在诊断应用中的潜力。 “我们的原型有望成为一种经济高效的定量成像工具，可检测光学吸收和散射的变化作为癌症的指标，”克劳利总结道。 “这项工作可以为适合用于筛查胃肠道癌症的具有成本效益的内窥镜部署的新设备奠定基础。”
来源：
期刊参考：
克劳利，J. 和戈登，GSD，（2024）。 用于显微内窥镜的超小型双波长空间频域成像。 生物医学光学杂志。 doi.org/10.1117/1.jbo.29.2.026002
2024-02-06 17:42:00
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#微型成像设备可以推进胃肠道癌症的检测
