Генератор слов

Камера, имитирующая глаза бабочки, поможет хирургам удалять раковые клетки

Камера, имитирующая глаза бабочки, поможет хирургам удалять раковые клетки
Фото: jenni77.deviantart

Природа вдохновляла человека все время его существования и теперь, почерпнув идею в этом неиссякаемом источнике, ученые создали камеру с удивительными оптическими свойствами. Компактная линза поможет хирургам удалять раковые клетки пациентов, не затрагивая здоровые ткани.

В основе камеры лежит система визуального восприятия бабочки. Благодаря этому, а также высокой точности изображения, хирурги могут удалять исключительно раковые клетки, оставляя здоровые ткани невредимыми. Тем самым значительно уменьшается вероятность распространения патологии.


Рис.1 (Фото: OSA Publishing)

(a) Голубой цвет Morpho peleides обусловлен древовидными фотонными кристаллами в его крыльях.

(b) Блестящий глаз Morpho ommatidia крупным планом, позволяет обнаруживать многоспектральные мишени.

(c) Изобретенный компактный биоиндуцированный мультиспектральный датчик изображения объединяет массив элементов изображения с пиксельными спектральными фильтрами.

 (d) Снимок отдельного омматидия бабочки Морфо, полученный электронным микроскопом. Он позволяет интегрировать пластинчатые фильтры со светочувствительным рабдом.

(e) Изображение поперечного сечения биоиндуцированного датчика изображения. Фильтры Tapetal в сочетании с кремниевыми фотоприемниками обеспечивают высокую точность совпадения в обнаруженной спектральной информации. Градация шкалы 2 мкм.


Камера передает как традиционное цветное изображение, так и изображение, близкое к инфракрасному, которое позволяет видеть флуоресцентно маркированные раковые клетки даже при ярком хирургическом освещении. Виктор Груев, руководитель исследовательской группы, профессор электротехники и вычислительной техники в Университете штата Иллинойс в Урбана-Шампейн, сказал:

Для вдохновения мы наблюдали за визуальными системами природы. Бабочки рода Морфо, чьи глаза содержат наноструктуры, воспринимающие мультиспектральную информацию, могут одновременно получать информацию о ближней инфракрасной области и цвете.

В статье, опубликованной в журнале Optica, исследователи объяснили, как их камера обнаруживает опухоли у животных и может помочь оценить стадию рака у людей. Камера весит меньше 30 граммов, а стоимость ее изготовления составляет ​​примерно $20, говорят они.

По словам исследователей, способность камеры обнаруживать флуоресцентные маркеры под хирургическим освещением отличает ее от многих современных ультрафиолетовых камер, которые недостаточно чувствительны для этого.

Рис.2 (Фото: OSA Publishing)

Рис. 2: Камеры с одним типом воздействия имеют ограниченные возможности для одновременного отображения цветных и ближних ИК (NIR) изображений с высокой контрастностью при операционном освещении.

(a) Время экспозиции 0,1 мс дает хороший цвет, но плохие контрастные изображения NIR.

(b) Время экспозиции 40 мс создает перенасыщенное цветное изображение, но хорошее контрастное изображение NIR.

(c) Разработанная биоиндустрированная камера фиксирует данные в цвете со временем экспозиции 0,1 мс и данные NIR со временем экспозиции 40 мс. Эта функция полиэкспозиции позволяет получать высококонтрастные изображения для обоих методов визуализации.


Кроме того, изображения флуоресценции на большинстве инфракрасных изображений, полученных другими устройствами, не всегда соответствует ткани, которую они изображают. Это потому, что инструменты используют более одного оптического элемента для разделения видимых и инфракрасных длин волн.

Небольшое изменение температуры в помещении может нарушить работу оптики и вызвать несоответствие изображения. Иными словами, используя обычные технологии, в ходе операции хирург мог удалить здоровую ткань вместо поврежденной.

Мисхалес Гарсия, аспирант из Университета штата Иллинойс в Урбана-Шампейн и ведущий автор статьи, сказал, что эти проблемы можно исключить, используя наноструктуры, которые напоминают зрительные органы бабочек. В заявлении Гарсия уточнил, что:

Компоненты глаза бабочек содержат фоторецепторы, расположенные рядом друг с другом, так что каждый из них воспринимает световые волны различной длины.
Рис. 3 (Фото: OSA Publishing)

Рис. 3: Цветные ближние ИК (NIR) композитные изображения, зафиксированные с помощью системы NIRF с разделителем лучей, в то время как прибор имеет рабочую температуру: (a) 15 °C и (b) 32°C. Зонд LS301, нацеленный на локализацию патологического процесса, используется для выделения местоположения опухоли, которая находится под седалищным нервом. Инструмент калибруется при 15 ° C, поэтому NIR и цветные изображения в случае (a) правильно координируются, а положение седалищного нерва видно из-за отсутствия сигнала флуоресценции (стрелка).

Напротив, при 32 ° C (b) изображение флуоресценции NIR пространственно сдвигается и накладывается на неправильные анатомические признаки (стрелка) из-за теплового сдвига отдельных оптических элементов. Таким образом, расположение седалищного нерва подсвечивается как раковая ткань, не являясь таковой.


Камера исследователей объединяет детектор и оптику изображения в один датчик, что делает устройство компактным и недорогим. По словам исследователей, инструмент может быть полезным для удаления различных видов рака, включая меланомы, рак предстательной железы, рак, локализующийся в голове и шее.

Благодаря своим компактным размерам, прибор также может быть помещен в эндоскоп для поиска рака в рамках проведения фиброколоноскопии и других диагностических процедур.

Команда планирует начать коммерческий выпуск устройств, а также сотрудничает с FDA для разработки клинических испытаний. В ходе их проведения будет проверена результативность их разработки по сравнению с другими похожими устройствами, одобренными Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США.

Один хлопок? Или же бурные овации? Хлопая больше или меньше, вы показываете, какой пост действительно чего-то стоит.
Анастасия Кириченко Генератор слов
Комментарии