Em uma etapa importante em direção ao diagnóstico endoscópico de câncer, os pesquisadores desenvolveram uma sonda de fibra óptica portátil que pode ser usada para realizar várias técnicas de imagem não linear sem a necessidade de coloração do tecido. A nova sonda de imagem multimodal usa um laser ultrarrápido para criar efeitos ópticos não lineares no tecido que podem revelar câncer e outras doenças.

Hoje, o câncer é normalmente diagnosticado removendo um pedaço de tecido com uma biópsia e, em seguida, enviando esse tecido a um patologista especialmente treinado que tinge o tecido e usa um microscópio para procurar células cancerosas. A capacidade dos médicos de pular a biópsia e usar um endoscópio de imagem multimodal para diagnosticar o câncer no local economizaria um tempo valioso e também permitiria aos cirurgiões diferenciar mais facilmente entre o tecido canceroso e saudável durante a cirurgia.

Com a nova sonda, técnicas de imagem que anteriormente exigiam instrumentos de mesa volumosos podem ser realizadas com um dispositivo portátil medindo apenas 8 milímetros de diâmetro, aproximadamente o mesmo diâmetro de uma caneta esferográfica. Se miniaturizado ainda mais, a sonda pode ser facilmente integrada em um endoscópio para imagens multimodais não lineares dentro do corpo.

"Nós esperamos que, um dia, técnicas de imagem endoscópica multimodal podem ajudar os médicos a tomar decisões rápidas durante a cirurgia, sem a necessidade de fazer biópsias, usando tratamentos de coloração ou realizando procedimentos histopatológicos complexos, "disse Jürgen Popp, do Instituto Leibniz de Tecnologia Fotônica em Jena, Alemanha e o principal autor do artigo.

Os pesquisadores detalham sua nova sonda portátil em Optica , O jornal da Optical Society para pesquisas de alto impacto. É a primeira sonda miniaturizada para imagens biológicas multimodais a incorporar uma fibra de imagem multicore, um tipo de fibra óptica que consiste em vários milhares de elementos guias de luz. Esta fibra de imagem especial permitiu aos pesquisadores manter todas as peças móveis e energia elétrica fora da cabeça da sonda, tornando a sonda fácil e segura de usar no corpo.

Os pesquisadores testaram a sonda com muitos tipos de amostras de tecido, mas, como atualmente é projetado para o modo de visualização para frente, as principais aplicações da sonda provavelmente incluiriam pele, cirurgia de cérebro ou cabeça e pescoço. Eles estão trabalhando na implementação de um modo de visão lateral que pode ser usado para investigar artérias e órgãos ocos, como o cólon, bexiga ou aorta.

Um mini microscópio

"A nova sonda serve como um microscópio miniaturizado que usa lasers infravermelhos para investigar o tecido, "disse Popp." Diferentes componentes do tecido biológico reagem de maneira diferente aos lasers de excitação, e sua resposta única nos dá informações sobre a composição molecular e morfologia dentro do tecido. "

A sonda de imagem multimodal portátil pode adquirir simultaneamente vários tipos de imagens:espalhamento Raman anti-stokes coerente, geração de segundo harmônico e autofluorescência excitada com dois fótons. Essas técnicas de imagem não lineares demonstraram ser úteis para o diagnóstico clínico, incluindo a identificação de células cancerosas, mas tem sido difícil miniaturizar a instrumentação necessária para uso dentro do corpo.

O tamanho reduzido da sonda vem de seu uso de índice de gradiente, ou GRIN, lentes para focar a luz do laser. Em comparação com as lentes esféricas tradicionais que usam superfícies de formatos complicados para focar a luz, As lentes GRIN podem ser muito pequenas porque focalizam a luz por meio de mudanças contínuas do índice de refração dentro do material da lente. A equipe de pesquisa de Popp colaborou com cientistas da Grintech Gmbh que projetaram lentes GRIN com apenas 1,8 milímetros de diâmetro e ajudaram a incorporar o conjunto de lentes robustas em uma pequena caixa de alumínio.

Endoscópios projetados para imagens não lineares geralmente usam espelhos móveis e dispositivos eletromecânicos para varredura a laser ponto a ponto na cabeça da sonda. O uso da fibra de imagem multicore permitiu aos pesquisadores reduzir ainda mais o tamanho do dispositivo, movendo a varredura a laser para fora da cabeça da sonda e para longe do local da amostra. Porque os milhares de elementos guias de luz da fibra, ou núcleos, preservar a relação espacial da luz entre as duas pontas da fibra, a varredura pode ser realizada na extremidade oposta da fibra, tornando uma abordagem endoscópica muito mais fácil.

"Em comparação com outras abordagens de imagem endoscópica não linear, nossa sonda de fibra se destaca por sua simplicidade, "disse Popp." Uma vez que nenhuma peça móvel é incorporada na cabeça da sonda, possíveis desalinhamentos na óptica são limitados e a vida útil geral da sonda é aumentada. "

Imagem multimodal de tecido

Os pesquisadores demonstraram os recursos exclusivos da fibra de imagem multicore movendo uma extremidade da sonda através de uma amostra e transferindo as imagens adquiridas para a outra extremidade. "Esta não é uma tarefa trivial, pois os núcleos da fibra de imagem diferem em tamanho e forma, impedindo o acoplamento eficiente e homogêneo dos lasers de excitação, "disse Popp." Além disso, tivemos que lidar com efeitos indesejados, como diferentes comprimentos de onda interagindo dentro da fibra e o acoplamento de luz núcleo a núcleo. "

Eles também demonstraram que a sonda pode adquirir espalhamento Raman anti-stokes coerente separado, geração de segundo harmônico e imagens de autofluorescência excitada com dois fótons de amostras de tecido de pele humana saudável com uma resolução de 2048 por 2048 pixels para uma área digitalizada de 300 por 300 mícrons. Esta resolução e campo de visão são suficientes para identificar as bordas do tumor, e a sonda pode ser movida sobre a superfície do tecido para obter uma visão geral da área afetada.

Os pesquisadores estão trabalhando para usar algoritmos para melhorar a qualidade das imagens multimodais, que parecem pixeladas por causa da estrutura da fibra de imagem multicore. Como uma próxima etapa, eles planejam testar a sonda em modelos animais e com pacientes em um ambiente clínico.