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Il nuovo endoscopio vede cosa c'è sotto
Un endoscopio dotato di un laser a infrarossi e un minuscolo specchio potrebbe un giorno aiutare i medici a diagnosticare i primi segni di cancro e altre malattie e aiutare nella chirurgia. Un ricercatore dell'Università della Florida ha progettato un prototipo di dispositivo che cattura immagini fino a due millimetri sotto la superficie dei tessuti, fornendo immagini tridimensionali ad alta risoluzione a velocità video.
Ambito sotto la superficie: Un nuovo prototipo di endoscopio acquisisce immagini sotto la superficie di organi e tessuti. L'oscilloscopio funziona attraverso un minuscolo specchio di un millimetro (sopra) che ruota, riflettendo un raggio laser per produrre immagini microscopiche e tridimensionali. L'attuale prototipo è più stretto della larghezza di un centesimo (sotto).
Nell'endoscopia tipica, i medici infilano una fibra lunga, sottile e dotata di telecamera attraverso le vie aeree o il tratto gastrointestinale di un paziente per cercare anomalie. Le immagini, visualizzate su un monitor in tempo reale, possono rivelare segni di infezione, emorragie interne, ulcere e tumori sulle superfici dei tessuti. Ma gli endoscopi di oggi mostrano solo un'immagine superficiale: non rivelano cosa sta succedendo sotto la superficie, come lo sviluppo precoce del tumore.
L'ottantacinque per cento dei tumori ha origine dall'epitelio, che è profondo circa due millimetri, afferma Huikai Xie , professore associato di ingegneria elettrica e informatica e direttore del Laboratorio di Biofotonica e Microsistemi . Oltre al suo potenziale per rilevare i primi segni di cancro, dice, l'oscilloscopio potrebbe rivelarsi utile come strumento chirurgico, aiutando i chirurghi a determinare quanto in profondità un tumore è incorporato nel tessuto. Se è necessario rimuovere il tumore, i chirurghi hanno difficoltà a determinare quando fermarsi. Con uno strumento in tempo reale e ad alta risoluzione, saranno sicuri.
John Saltzman, un gastroenterologo e direttore dell'endoscopia presso il Brigham and Women's Hospital, afferma che una tale tecnica aiuterebbe a identificare i primi segni di cancro, in particolare nell'esofago. In una condizione chiamata esofago di Barett, ad esempio, le cellule che rivestono l'esofago subiscono un cambiamento che aumenta il rischio di cancro, afferma Saltzman, che non è coinvolto nella ricerca. Questa tecnologia sarebbe un vantaggio per noi per rilevare tali anomalie.
Invece di una minuscola telecamera sulla punta, l'endoscopio di Xie è dotato di uno scanner a infrarossi e di un minuscolo specchio, che scansiona il tessuto strato per strato per fornire un'immagine tridimensionale con risoluzione microscopica. La tecnica si basa su un metodo chiamato tomografia a coerenza ottica (OCT): quando un raggio laser attraversa il braccio di un telescopio OCT, colpisce il tessuto e riflette parte della luce indietro, mentre il resto si disperde. Tessuti diversi, come il cancro rispetto al tessuto normale, riflettono la luce in modo diverso. Un interferometro misura la luce riflessa e sottrae la luce diffusa. Alterare la lunghezza del braccio altera la profondità alla quale la luce viene riflessa direttamente, producendo immagini di diversi strati, che insieme formano un'immagine tridimensionale. Il metodo è simile alla tecnologia ad ultrasuoni ed è spesso chiamato ultrasuoni ottici.
Oggi, l'OCT viene utilizzato in optometria per visualizzare la retina alla ricerca di segni di glaucoma e degenerazione maculare. Questa tecnologia, utilizzata per scansionare l'esterno del corpo, comporta apparecchiature ingombranti che richiedono molta potenza. Solo di recente i ricercatori hanno cercato di ridurre la tecnologia a una microscala che può essere inserita nel corpo umano. La sfida è stata quella di rendere la tecnologia sufficientemente piccola da adattarsi alle vie aeree umane utilizzando quantità molto ridotte di tensione per scansionare la luce a infrarossi.
Il prototipo di Xie utilizza un approccio basato su MEMS (sistema microelettromeccanico), centrato su un minuscolo specchio uno per uno millimetro. Xie e i suoi studenti hanno progettato lo specchio con minuscoli attuatori, o supporti meccanici, che fanno ruotare lo specchio. Mentre la luce infrarossa irradia l'endoscopio, lo specchio dirige la luce avanti e indietro, illuminando una fetta di tessuto. La luce riflessa rimbalza sull'endoscopio e viene analizzata e rappresentata su uno schermo in tempo reale.
Lo specchio può ruotare di 200 giri al secondo, con un angolo di 100 gradi, consentendo all'oscilloscopio di eseguire immagini rapide e in tempo reale. Xie ha testato il mirino sui ratti, prendendo immagini 3D di ratti e lingue di topo.
Il prototipo è ancora troppo grande per essere utilizzato nell'uomo: richiede un diametro totale di 5 millimetri per adattarsi a tutte le sue parti. Tuttavia, Xie prevede di miniaturizzare ulteriormente il design e testerà il modello su animali più grandi come maiali e capre nel prossimo anno. Ha da poco fondato una società, WiOptix , e sta cercando finanziamenti dal National Institutes of Health per aiutare a commercializzare la tecnologia.
Eric Seibel , professore associato di ricerca di ingegneria meccanica e direttore del Laboratorio di fotonica umana presso l'Università di Washington, afferma che i medici dovrebbero essere addestrati a interpretare le immagini OCT, che assomigliano più alle immagini ecografiche che alle immagini visive ottenute dalle videocamere. Aggiunge che le dimensioni determineranno se gli endoscopi basati su OCT funzionano. [Questo design] è un po' più efficiente in termini di spazio, ma ha comunque una dimensione superiore a cinque millimetri, afferma Seibel. Non è ancora arrivato, ma è un passo nella giusta direzione.