携手健康网携手健康网

受生物启发的内窥镜可同时提供3D可见光和近红外图像

研究人员开发了一种新型的受生物启发的医疗内窥镜,可以同时获取3-D可见光和近红外荧光图像。它具有光学设计,将人类视觉的高分辨率3D成像与螳螂虾同时检测多种波长的光的能力结合在一起。

具有3D成像功能的内窥镜可以帮助外科医生精确定位患病组织。增加荧光成像可以使癌组织变亮,以便于切除,或者突出显示手术中需要避免的关键部位。

在光学学会(OSA)的《光学快报》中,中国科学院的Chenyoung Shi及其同事描述和演示了这种新型多模式内窥镜。尽管这是早期演示,但新的内窥镜旨在直接替代现有的内窥镜,而无需临床医生学习如何使用新仪器。

“现有的荧光3-D内窥镜需要外科医生在手术过程中切换工作模式才能看到荧光图像,”施说。“由于我们的3-D内窥镜可以同时获取可见和荧光的3-D图像,因此它不仅可以提供更多的视觉信息,而且可以大大缩短手术时间并降低手术风险。”

协助机器人手术

尽管它可以用于任何内窥镜手术,但研究人员设计了用于机器人手术系统的新型多峰内窥镜。这些系统有助于提高微创手术的准确性和准确性,并可以帮助外科医生在身体狭窄的区域执行复杂的任务。对于机器人手术,新内窥镜提供的增强的视觉信息可以帮助可能与患者位于不同房间的外科医生清晰地区分手术领域中的各种组织。

“尽管当今的机器人手术系统要求外科医生在附近,但基于这种多模式3-D内窥镜的机器人手术有一天可能会允许外科医生在遥远的地方远程执行手术。” “这将有助于解决医疗资源分配不均的问题,并使生活在医疗条件相对较差地区的人们受益。”

新型多模式内窥镜使用两个光学系统实现了类似于人眼的双目设计,从而实现了高分辨率的3D成像。然而,在这种情况下,光学设计既可以容纳像人眼一样的可见光,也可以容纳荧光成像所需的近红外波长。螳螂虾的复眼激发了一个传感器,可以检测到这种光,该传感器不仅可以检测多光谱信息,还可以识别偏振光。传感器通过使用具有不同光谱和极化响应的像素来检测电磁光谱的多个部分。

为了获得高质量的3D图像,双目光学系统必须具有两个具有完全相同参数的光学系统。“这对光学元件的加工精度提出了严格的要求,”施说。“我们能够通过精密的光学处理达到这种精度,并将其与基于芯片的光谱技术相结合,从而使这种多峰3-D内窥镜成为可能。”

结合可见光图像和荧光图像

为了测试新型内窥镜,研究人员分析了它的分辨率,荧光成像能力以及同时获得具有近红外和可见颜色信息的3D图像的能力。内窥镜性能良好,在可见光下的分辨率高达每毫米7条线对-与当今使用的最佳3D内窥镜相同-在近红外照明下每毫米4条线对。

然后,他们使用内窥镜获取三种浓度的吲哚菁绿的可见色和近红外荧光图像。这种近红外荧光标记已获得FDA的批准,可用于标记肿瘤组织。尽管无法通过人眼区分这三个样本,但可以使用多模式3-D内窥镜清楚地区分这三个样本。研究人员还通过使用内窥镜对具有许多交叉零件的玩具进行成像,测试了内窥镜的3D成像性能。即使经过长时间的观察,内窥镜也能够产生不会引起眼睛疲劳的3-D图像。

研究人员计划使用3-D内窥镜进行其他生物学和临床成像。他们还计划合并更多的波长,并具有感知偏振的能力,以提供更多的视觉信息。

郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。