Hartweefsel kan tijdens keyhole-procedures in realtime worden afgebeeld met behulp van een nieuwe optische ultrasone naald die is ontwikkeld door onderzoekers van de UCL en de Queen Mary University of London (QMUL).

De revolutionaire technologie is met succes gebruikt voor minimaal invasieve hartchirurgie bij varkens, het geven van een ongekende, hoge resolutie weergave van zachte weefsels tot 2,5 cm voor het instrument, binnen het lichaam.

Artsen vertrouwen momenteel op externe ultrasone sondes in combinatie met pre-operatieve beeldvormingsscans om zacht weefsel en organen te visualiseren tijdens kijkoperaties, aangezien de gebruikte miniatuur chirurgische instrumenten geen interne ultrasone beeldvorming ondersteunen.

Voor de studie, vandaag gepubliceerd in Licht:wetenschap en toepassingen , het team van chirurgen, ingenieurs, natuurkundigen en materiaalchemici hebben de optische ultrasone technologie ontworpen en gebouwd om in bestaande medische hulpmiddelen voor eenmalig gebruik te passen, zoals een naald.

"De optische ultrasone naald is perfect voor procedures waarbij er een klein weefseldoel is dat moeilijk te zien is tijdens kijkoperaties met behulp van de huidige methoden en het missen ervan kan rampzalige gevolgen hebben. " zei dr. Malcolm Finlay, studeer co-lead en consultant cardioloog bij QMUL en Barts Heart Centre.

"We hebben nu realtime beeldvorming waarmee we weefsels op een opmerkelijke diepte kunnen onderscheiden, helpen om de hoogste risicomomenten van deze procedures te begeleiden. Dit verkleint de kans op complicaties die optreden tijdens routinematige maar bekwame procedures zoals ablatieprocedures in het hart. De technologie is ontworpen om volledig compatibel te zijn met MRI en andere huidige methoden, dus het kan ook worden gebruikt tijdens hersen- of foetale chirurgie, of met geleidende epidurale naalden."

Het team ontwikkelde de volledig optische ultrasone beeldvormingstechnologie voor gebruik in een klinische omgeving gedurende vier jaar. Ze zorgden ervoor dat het gevoelig genoeg was om diepten van weefsels op centimeters af te beelden tijdens het bewegen; het paste in de bestaande klinische workflow en werkte in het lichaam.

"Dit is de eerste demonstratie van volledig optische ultrasone beeldvorming in een klinisch realistische omgeving. Met behulp van goedkope optische vezels, we hebben beeldvorming met een hoge resolutie kunnen bereiken met naaldpunten van minder dan 1 mm. We hopen dit succes nu te repliceren in een aantal andere klinische toepassingen waar minimaal invasieve chirurgische technieken worden gebruikt, " legde studie co-lead uit, Dr. Adrien Desjardins (Wellcome EPSRC Centrum voor Interventionele en Chirurgische Wetenschappen aan de UCL).

De technologie maakt gebruik van een miniatuur optische vezel die is ingekapseld in een op maat gemaakte klinische naald om een ​​korte lichtpuls af te geven die ultrasone pulsen genereert. Reflecties van deze ultrasone pulsen van weefsel worden gedetecteerd door een sensor op een tweede optische vezel, het geven van real-time ultrasone beeldvorming om chirurgie te begeleiden.

Een van de belangrijkste innovaties was de ontwikkeling van een zwart flexibel materiaal dat een gaas van koolstofnanobuisjes bevatte, ingesloten in siliconen van klinische kwaliteit, precies aangebracht op een optische vezel. De koolstofnanobuisjes absorberen gepulseerd laserlicht, en deze absorptie leidt tot een ultrasone golf via het fotoakoestische effect.

Een tweede innovatie was de ontwikkeling van zeer gevoelige optische vezelsensoren op basis van polymere optische microresonatoren voor het detecteren van de ultrasone golven. Dit werk werd uitgevoerd in een gerelateerd UCL-onderzoek onder leiding van Dr. James Guggenheim (UCL Medical Physics &Biomedical Engineering) en onlangs gepubliceerd in Natuurfotonica .

"Het hele proces gaat extreem snel, voor een ongekend realtime beeld van zacht weefsel. Het biedt artsen een live beeld met een resolutie van 64 micron, wat het equivalent is van slechts negen rode bloedcellen, en zijn fantastische gevoeligheid stelt ons in staat om zachte weefsels gemakkelijk te onderscheiden, " zei co-auteur van de studie, Dr. Richard Colchester (UCL Medische Fysica &Biomedische Technologie).