Onderzoekers hebben een snellere manier ontwikkeld om 3D-endoscopische optische coherentietomografie (OCT) -beelden te verkrijgen. Met verdere ontwikkeling, de nieuwe aanpak kan nuttig zijn voor vroege opsporing en classificatie van een breed scala aan ziekten.

De nieuwe methode maakt gebruik van computationele benaderingen die een volledig 3D-beeld creëren van onvolledige gegevens. In het tijdschrift Optical Society Toegepaste optica , de onderzoekers melden dat bruikbare 3D-afbeeldingen kunnen worden geconstrueerd met 40 procent minder gegevens dan traditionele 3D OCT-benaderingen, wat de beeldvormingstijd met 40 procent zou verminderen.

OCT is een biomedische beeldvormingstechniek die de afgelopen jaren klinisch is toegenomen dankzij het vermogen om hoge resolutiebeelden van weefselmicrostructuren te leveren. Vandaag, endoscopische OCT-beeldvorming wordt routinematig gebruikt om plaques en laesies in de bloedvaten te classificeren en wordt steeds meer gebruikt bij het diagnosticeren van gastro-intestinale ziekten.

"Hoewel 3D OCT-beelden erg nuttig zijn voor medische diagnoses, de aanzienlijke hoeveelheden beeldgegevens die ze nodig hebben, beperken de beeldsnelheid, " zei onderzoeksteamleider, Jigang Wu van de Shanghai Jiao Tong University. "Onze nieuwe methode lost dit probleem op door 3D-beelden te vormen van veel minder gegevens."

Het hele plaatje krijgen

Het maken van 3D OCT-afbeeldingen met de huidige methoden vereist een data-intensief proces van het aan elkaar naaien van een reeks 2D-afbeeldingen die met gelijke afmetingen zijn gemaakt. In het nieuwe werk de onderzoekers gebruikten een methode die bekend staat als sparse sampling om aanzienlijk minder 2D-beelden te verkrijgen en pasten vervolgens compressieve detectie-algoritmen toe om de ontbrekende informatie in te vullen die nodig is om 3D-beelden te maken.

De onderzoekers testten de nieuwe methode met behulp van een magnetisch aangedreven scannende OCT-sonde om de binnenkant van een geëxtraheerde duivenluchtpijp af te beelden. De sonde, die het team eerder ontwikkelde, gebruikt een extern aangedreven kleine magneet om 360 graden te scannen. Het ontwerp minimaliseert de OCT-scanmechanismen voldoende om in een apparaat met een diameter van slechts 1,4 millimeter te passen.

Voor het maken van 3D-beelden van een deel van 2 millimeter van de menselijke luchtpijp zou doorgaans elke 10 micron een beeld nodig hebben om 200 beeldframes te verkrijgen. Met behulp van schaarse steekproeven, de onderzoekers verzamelden 120 frames op willekeurige posities van 0 tot 2 millimeter en gebruikten vervolgens de compressieve detectie-algoritmen om 3D-beelden te maken.

Op weg naar de kliniek

"Onze tests hebben aangetoond dat een sterk verminderde hoeveelheid experimentele gegevens kan worden gebruikt om redelijke 3D OCT-beelden te reconstrueren, " zei Wu. "Nadat we genoeg experimenten hebben uitgevoerd om aan te tonen dat onze sonde en beeldvormingsmethode nuttig zijn voor het observeren van kwaadaardige kenmerken, onze techniek zal klaar zijn voor klinische proeven."

De onderzoekers zijn van plan hun nieuwe aanpak te gebruiken om aanvullende biologische monsters af te beelden die verband houden met specifieke ziekten. Ze zijn ook van plan om de endoscopische OCT-sonde te verbeteren, zodat deze robuuster zal zijn in verschillende situaties en in de context van herhaald contact met biologische weefsels.

"Dit werk is slechts één voorbeeld van het toepassen van computationele technieken op beeldvormingstoepassingen, " zei Wu. "We verwachten dat vergelijkbare benaderingen nuttig kunnen zijn voor het verbeteren van de experimentontwerpen en data-acquisitie voor veel beeldvormingsmodaliteiten."