Fingermonteret optisk sonde designet til at forbedre fjernelse af brystkræft

Forskere har udviklet den første bærbare sonde, der forbedrer følesansen ved at afbilde og kvantificere stivhed og elasticitet af biologisk væv. Enheden udvikles til at forbedre kirurgisk fjernelse af brystkræft og kan også være nyttig til hjerne- og leveroperationer og andre former for kræft.

I tidsskriftet The Optical Society (OSA) Biomedicinsk optik Express , forskere fra University of Western Australia (UWA) beskriver den nye enhed, som inkorporerer en fibersonde i en bærbar fingerbøl.

Under en brystbevarende operation, den mest almindelige kirurgiske behandling for brystkræft, kirurger rører og komprimerer væv for at bekræfte, at det stivere kræftvæv blev fjernet. Histopatologisk test udføres derefter dage senere for at sikre, at hele tumoren blev fjernet. I dag, 20 til 30 procent af patienterne, der gennemgår denne type operation, kræver en anden procedure, fordi de histopatologiske tests viser, at kræftceller forbliver.

"Vores nye sonde har til formål at forbedre kirurgens subjektive berøringssans ved hjælp af kvantificerede, højopløselig billeddannelse af vævsstivhed, "sagde Rowan W. Sanderson, første forfatter til papiret. "Dette kan gøre det lettere at opdage og fjerne alt kræftvæv under den første brystbevarende operation, hvilket ville reducere den fysiske og psykologiske byrde og omkostninger, der følger med re-excision. "

Gør touch til billeder

Den fingermonterede sonde bruger en teknik kaldet kvantitativ mikroelastografi (QME) til at oversætte følesansen til billeder i høj opløsning. QME bruger målinger fra en optisk billeddannelsesteknik kaldet optisk koherens tomografi (OCT), som genererer høj opløsning, dybdeopløste billeder af vævsstruktur ved at måle reflekserne, eller 'ekko, 'af lys.

For at bruge enheden, den fingermonterede sonde presses vinkelret ind i vævet, mens OLT-billeder optages. "Ved at bevare følesansen, vi sigter mod at bevare den eksisterende kliniske arbejdsgang og øge sandsynligheden for, at denne teknologi vil blive vedtaget til bredere klinisk brug, "sagde Sanderson.

For nøjagtige elasticitetsmålinger, forskerne udviklede nye signalbehandlingsmetoder med brugerdefinerede algoritmer til at håndtere inkonsekvent bevægelse og tryk under scanning. 3D-udskrivning hjalp dem med hurtigt at producere prototyper af sondeens ydre kabinet på en enkel og omkostningseffektiv måde.

"Vores fingermonterede sonde kan nøjagtigt registrere ændringer i mikroskala i stivhed, som er tegn på sygdom, "sagde Sanderson." Den lille størrelse gør den ideel til billeddannelse i trange rum som f.eks. et kirurgisk hulrum. "

Vævstest

For at validere sonden, de begyndte med at teste det på materialer, kendt som silikonefantomer, designet til at efterligne sunde og syge væv i brystet. Disse tests viste, at den fingermonterede sonde havde en nøjagtighed på 87 procent, som var lidt lavere end et konventionelt QME -system ved bordet, men stadig tilstrækkeligt høj til potentiel klinisk brug.

De brugte derefter sonden til at måle ændringen i stivhed forårsaget af opvarmning af en prøve af kængurumuskler. Dette eksperiment viste, at muskelprøven gennemgik en 6-faldig stigning i stivhed efter opvarmningsprocessen. Et foreløbigt 2-D billede blev opnået ved at scanne sonden sideværts hen over et silikonefantom indeholdende en stiv inklusion. Selvom det viste lavere nøjagtighed end eksperimentet udført uden scanning, forskerne siger, at udsigten til billeddannelse ved at stryge operatørens finger er meget opmuntrende. "Kontrasten mellem prøvefunktioner var stadig tydelig, hvilket indikerer, at 2-D-scanning rummer mange løfter fremover, "sagde Sanderson.

Forskerne arbejder nu på at integrere de optiske komponenter i sonden i en kirurgisk handske, der ville bevare berøringsfølsomheden og fingerfærdigheden ved manuel palpation. De forbedrer også nøjagtigheden af ​​2-D-scanningen.

Dette arbejde er en del af et bredere projekt for at udvikle nye værktøjer til forbedring af kirurgi. Forskergruppen har også udviklet både bench-top og håndholdte implementeringer af mikroelastografi. Ud over indsatsen inden for universitetet, teamet arbejder også tæt sammen med OncoRes Medical, et UWA-opstartsfirma, der blev dannet i slutningen af ​​2016 for at kommercialisere mikroelastografiteknologien.