Розумна біопсія / ендоскопія
Сьогодні концепція розумної біопсії або ендоскопії може стосуватися використання біопсії або ендоскопічної процедури для отримання більш глибокої інформації з цих інвазивних процедур, які можуть допомогти в діагностичних процесах. Розумна біопсія майбутнього має на меті розробити швидкий та малоінвазивний діагностичний інструмент, який при застосуванні в клінічних умовах може зменшити кількість непотрібних традиційних інвазивних біопсій та покращити раннє виявлення та лікування різноманітних захворювань, що розвиваються світ.
Розумні біопсії та ендоскопії можуть поєднувати вимірювання тканинної рефлексії або флуоресценції в апараті, що використовується для виконання цих процедур. Волоконна оптика має вирішальне значення для вилучення спектроскопічної інформації під час процедури. Як правило, вимагають як вибірки з високою швидкістю, так і з високою чутливістю, вимоги цієї програми є складними. Avantes успішно використовує наш AvaSpec-HS2048XL-EVO для підтримки цих програм. Цей прилад пропонує виявлення високої чутливості із швидкісними можливостями вибірки. Оптичний стенд з цифровою діафрагмою з високою чутливістю 0,22 цього приладу поєднується з досконалою електронікою, яка полегшує забір зразків всього за кілька мілісекунд.
Розробка додатків у реальному масштабі для технології смарт-біопсії
У всьому світі результати лікування раку часто пов'язані з раннім виявленням та лікуванням. Такі раки, як простата, колоректальний рак, рак шийки матки та рак порожнини рота, були об'єктом досліджень щодо використання дифузної рефлекторної спектроскопії (ДРС) для швидкого та точного виявлення раку. У розвиненому світі раннє виявлення та лікування призвели до зниження рівня летальності від раку епітелію, але існуюче діагностичне обладнання для виконання ДРС є дорогим, об'ємним та вимагає високої потужності. Для цього також потрібен висококваліфікований персонал. Ці перешкоди призводять до того, що країни з низьким та середнім рівнем доходу мають непропорційно високі показники смертності від цих ракових захворювань через брак діагностичного обладнання. Розробка портативного, дешевого, простого у користуванні, а головне, точного діагностичного інструменту для виявлення раку епітелію врятувала б життя по всьому світу.
В останні кілька років дослідження були зосереджені на подоланні викликів, пов'язаних із реалізацією надійної портативної системи DRS. Два з цих викликів - неможливість стандартизувати тиск, що чиниться на зонд при виконанні тестів вручну, та відсутність надійного способу проведення калібрування в режимі реального часу в полі, два потенційних джерела для значної помилки користувача з можливістю змінити результати тестів широко. Одне потенційне рішення інтегрувало самокалібруючий канал з новою конструкцією зонда, який додає оптичний датчик тиску на наконечник зонда, який дозволяє фіксувати дані лише тоді, коли тиск зонда падає заздалегідь заданий діапазон. Датчики тиску та функції самокалібрування зменшують потребу в удосконаленій підготовці операторів та покращують точність та ефективність клінічного розгортання. (Ю. та ін., 2014)
Система, розроблена для цього дослідження, складалася з розумного волоконно-оптичного зонда з датчиком тиску, який інтегрує тканинно-чутливий канал і канал самокалібрування, поєднаний з потужним білим світлодіодним і 850 нм світлодіодними джерелами світла, і три- канальний масив спектрометра AvaSpec-2048 та комп'ютер із програмами LabView та Matlab для аналізу. Два видимих каналу (A & B), що охоплюють діапазон довжин хвиль 400-635 нм з роздільною здатністю 1,8 нм, з'єднуються з білим світлодіодом і використовуються для дифузної рефлексійної спектроскопії (DRS) та самокалібрування (SC). Канал C, охоплює діапазон NIR від діапазону 750-932 нм і роздільною здатністю 0,23 нм разом із світлодіодом 850 нм і використовується для датчика оптичного тиску.
Історичним методом виявлення та виявлення колоректального раку є візуальний огляд за допомогою ендоскопії за допомогою білого світла. Колоректальна карцинома зазвичай розвивається на передбачуваних стадіях неопластичної трансформації, що, в свою чергу, призводить до зміни оптичних характеристик трансформованих клітин. Ранні стадії клітинних дефектів слизових оболонок не виявляються при традиційній ендоскопії білого світла, тоді як флуоресцентна спектроскопія пропонує унікально чутливий інструмент для виявлення ранніх змін фізичних властивостей аномальних клітин (Horak 2006). Залежно від клітинного середовища, спектральні ознаки можуть проявляти реакцію автофлюоресценції, зміщуючись від 510-560 нм у здорових клітинах до червоних на 630-690 нм відносно концентрації злоякісних тканин. Ідеальною системою, розробленою для цієї дослідницької програми, був AvaSpec-2048 (тепер його замінив AvaSpec-ULS2048CL-EVO) розміром 560-800 нм з фільтром із прямим кріпленням.
Подальші дослідження застосовують спектроскопію NIR з використанням двоканальної системи спектрометра, що складається з спектрометрів AvaSpec-ULS2048L та AvaSpec-NIR256-2.5-HSC NIRLine для ідентифікації біомаркерів орального раку в слині (Hurskainen 2019). В іншому дослідженні партнери з досліджень в Ірані та Нідерландах застосували спектрометр AvaSpec-2048-USB2 (тепер його замінили AvaSpec-ULS2048CL-EVO) спектрометром з галогеновим джерелом світла AvaLight-Hal-S для проведення одиночної світловідбивної спектроскопії для ідентифікації шийна премалігнізація. Ця неінвазивна методологія може потенційно зменшити кількість зайвих біопсій (Tabrizi 2013).
Перфузія крові
Перфузія крові визначається як об'єм крові, що протікає через заданий об'єм або масу тканини. Його можна виміряти в одиницях мл / мл / сек або мл / 100 г / хв), що представляє кількість локального кровотоку через капілярну мережу та позаклітинні простори в тканині. Цей параметр є важливою медико-діагностичною процедурою для визначення нормальних та патологічних фізіологій. Наприклад, життєздатність трансплантації тканини вимагає задовільної післяопераційної перфузії крові. За допомогою методики під назвою дифузна кореляційна спектроскопія (DCS) вимірюють перфузію крові, обробляючи розсіювання випромінюваних фотонів як функцію руху клітин у межах цільового об'єму (Bi et al. 2015). Цей підхід пропонує перспективність для носячих систем спектроскопії, які забезпечують моніторинг стану тканин у реальному часі. AvaSpec-Mini2048CL є ідеальним кандидатом для такої системи.
Пульсова оксиметрія
Кожен, хто відвідує медичний заклад, скористався технологією пульсоксиметрії, яка передбачає безболісне, точне вимірювання рівня пульсальної артеріальної крові в реальному часі від вимірювання кінчиками пальців. Більшість пристроїв цього типу складаються з двох світлодіодів, одного на 650 нм (видимий) та іншого на 950 нм (ближній інфрачервоний), та двох датчиків, які разом вимірюють поглинання кисню (SPO2) від співвідношень оксигемоглобіну та дезоксигемоглобіну. Хоча повний спектроскопічний відбір проб та аналіз не потрібні, спектрометри часто використовуються для перевірки та кваліфікації цих пристроїв та їх підкомпонентів. Враховуючи високі швидкості вибірки цього вимірювання, Avantes AvaSpec-ULS2048Cl-EVO ідеально підходить застосуванню з його 30-ти мікросекундним часом інтеграції та частотою дискретизації 2 кГц.Аналіз крові в крові - кооксиметрія
Кооксиметрія відноситься до спектроскопічної методики, яка дозволяє кількісно виміряти показники крові: оксигенований гемоглобін (oxyHb), дезоксигенований гемоглобін (дезокси-Hb), карбоксигемоглобін (COHb) та метгемоглобін (MetHb) у відсотках від загальної концентрації гемоглобіну в зразок крові. Хоча пульсова оксиметрія є мірою оксигенованого гемоглобіну у відсотках від загального гемоглобіну, Кооксиметрія відокремлює і кількісно визначає всі типи гемоглобіну. Ці параметри газу крові традиційно вимірюють за допомогою спектрометра за допомогою пропускання / поглинання від 380 до 780 нм. Цей додаток також вимагає надзвичайно низьких специфікацій світло- і теплостійкості у приладобудуванні. Компанія Avantes успішно впровадила AvaSpec-ULS2048CL-EVO та його підкомпонентний оптичний стенд, Avabench-75-ULS2048CL-U3, у клінічні пристрої для цієї програми. Новий AvaSpec-Mini2048CL також є ідеальним кандидатом для цього додатка.
Дифузне відбиття
Дослідники з Університету Каліфорнії в Лазерному інституті Ірвіна Бекмана використовували ближню інфрачервону спектроскопію не лише для виявлення та моніторингу зменшення маси раку під час лікування хіміотерапією, але для характеристики конкретних гістологічних особливостей для прогнозування реакції на лікування. Вимірювання дифузної рефлекторної спектроскопії по суті вимагають чутливості, і Avantes розробив спектрометр високої чутливості AvaSpec-HS2048XL-EVO спеціально для таких типів застосувань. Цей прилад має оптичну стенду з числовою діафрагмою (NA) 0,22 та великий піксельний детектор, що забезпечує повне зібрання світла, отриманого волоконно-оптичною тією ж NA.
Для отримання додаткової інформації про ці чи інші медичні чи біомедичні програми, будь ласка, зв'яжіться з інженером із продажу
References
- https://www.avantes.com/applications/application/item/1421-life-science-applications-for-optical-spectroscopy-in-the-realm-of-life-science
- Bi, Renzhe, et al. "Optical methods for blood perfusion measurement—theoretical comparison among four different modalities." JOSA A 32.5 (2015): 860-866.
- Horak, L., et al. "Auto-fluorescence spectroscopy of colorectal carcinoma: ex vivo study." Journal of Optoelectronics and Advanced Materials 8.1 (2006): 396.
- Hurskainen, Miia. "Attempt to Reliably Identify Oral Cancer Salivary Biomarkers Using Near-Infrared Spectroscopy and Savitzky-Golay Algorithm." DEStech Transactions on Engineering and Technology Research icicr (2019).
- Santoro, Ylenia, et al. "Breast cancer spatial heterogeneity in near-infrared spectra and the prediction of neoadjuvant chemotherapy response." Journal of biomedical optics 16.9 (2011): 097007.
- Tabrizi, Sanaz Hariri, et al. "Single fiber reflectance spectroscopy on cervical premalignancies: the potential for reduction of the number of unnecessary biopsies." Journal of biomedical optics 18.1 (2013): 017002.
- Yu, Bing, et al. "Diffuse reflectance spectroscopy of epithelial tissue with a smart fiber-optic probe." Biomedical optics express 5.3 (2014): 675-689.