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一种低成本的摄像机可以观察到癌细胞

来源:华越国际    时间:2018-04-10     点击数:269

伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校的研究人员创造了一个模仿蝴蝶复杂视觉系统的相机。独特的照相机为外科医生提供了传统的彩色图像和近红外图像,即使在明亮的照明下,也能使荧光标记的癌细胞可见。这款相机将帮助外科医生在不损伤健康组织的情况下移除所有癌细胞,从而减少癌症传播的可能性,减少多次手术的需求。

即使在标准的手术室照明条件下,相机仍可提供非常灵敏的荧光检测功能,并且重量比AA电池小。最令人惊叹的是,它的制造成本仅仅为大约20美元。研究小组负责人Viktor Gruev说:“我们没有将商用光学元件和传感器组装在一起,为图像引导手术构建相机,而是寻求自然视觉系统的灵感。形态蝴蝶的眼睛含有感知多光谱信息的纳米结构,可以同时获得近红外和颜色信息。

 

手术应用

 

该团队的相机使用类似于蝴蝶眼的设置,通过将各种纳米级结构与一系列光电探测器交织在一起,从而在一个成像设备上采集颜色和近红外荧光信息。 将检测器和成像光学器件集成到一个单片式传感器中,可以使器件体积小,价格低廉,并且对温度变化不敏感。

该设计通过允许每个像素获取构建图像所需的光子数量来解决灵敏度问题。 由于实验室中的可见光照度很高,因此创建用于观察解剖结构的视觉波长图像并不需要很长时间。 但是,由于荧光通常较暗,收集足够的光子以形成足够亮的图像需要更长的时间。 通过改变曝光时间以允许每个像素检测其需要的光子,可以创建明亮的荧光图像而不会过度曝光组织的彩色图像。

 

测试

 

研究人员在自发形成乳腺癌的老鼠模型上测试了他们的新仪器。这意味着癌细胞生长的确切位置是未知的,癌细胞的数量也是如此。研究人员利用与癌细胞结合的荧光标记物显示,他们的生物激发成像仪使得肿瘤检测的准确性和灵敏度超过了FDA批准用于图像引导手术的最先进的红外相机。

 

研究人员还在圣路易斯的华盛顿大学医学院测试了他们的红外照相机识别11名乳腺癌患者淋巴结的能力。由于淋巴结是乳腺癌扩散的主要部位之一,因此外科医生会检查它们以确定癌症分期。给患者注射FDA批准的被动累积在淋巴结中的吲哚菁绿荧光染料,然后将来自生物感应成像器的荧光图像显示在屏幕上或投射到外科医生佩戴的护目镜上。

 

Gruev进一步申明,“我们发现,在明亮的手术灯下,我们的仪器比目前批准用于红外图像引导手术的成像仪对荧光敏感1000倍。因为生物感应成像仪可以揭示组织深处的荧光,它加速了淋巴结识别过程,并帮助外科医生找到单独视力无法看到的淋巴结。“

 

据研究人员介绍,生物弹簧成像仪可用于消除各种类型的癌症,包括黑色素瘤,前列腺癌和头颈部癌症。例如,由于体积小,它也可以集成到内窥镜中以在结肠镜检查期间查找癌症。

 

研究人员正在组建一家初创公司,将其生物弹性成像仪商业化,并与FDA合作设计临床试验,让外科医生可以将新成像仪的临床决策与FDA批准的成像仪的临床决策进行比较。