Onderzoekers hebben de eerste draagbare sonde ontwikkeld die het tastgevoel verbetert door de stijfheid en elasticiteit van biologisch weefsel in beeld te brengen en te kwantificeren. Het apparaat wordt ontwikkeld om de chirurgische verwijdering van borstkanker te verbeteren en kan ook nuttig zijn voor hersen- en leverchirurgie en andere vormen van kanker.

In het tijdschrift The Optical Society (OSA) Biomedische Optica Express , onderzoekers van de University of Western Australia (UWA) beschrijven het nieuwe apparaat, die een vezelsonde in een draagbare vingerhoed bevat.

Tijdens een borstsparende operatie, de meest voorkomende chirurgische behandeling voor borstkanker, chirurgen raken het weefsel aan en drukken het samen om te bevestigen dat het stijvere kankerweefsel is verwijderd. Histopathologische tests worden dan dagen later uitgevoerd om er zeker van te zijn dat de hele tumor is verwijderd. Vandaag, 20 tot 30 procent van de patiënten die dit type operatie ondergaan, heeft een andere procedure nodig omdat uit de histopathologische tests blijkt dat er kankercellen achterblijven.

"Onze nieuwe sonde is bedoeld om de subjectieve tastzin van de chirurg te verbeteren door gekwantificeerde, hoge resolutie beeldvorming van weefselstijfheid, " zei Rowan W. Sanderson, eerste auteur van het artikel. "Dit zou het gemakkelijker kunnen maken om al het kankerweefsel te detecteren en te verwijderen tijdens de eerste borstsparende operatie, wat de fysieke en psychologische belasting en kosten die gepaard gaan met herexcisie zou verminderen."

Aanraking omzetten in afbeeldingen

De op de vinger gemonteerde sonde maakt gebruik van een techniek die kwantitatieve micro-elastografie (QME) wordt genoemd om de tastzin om te zetten in afbeeldingen met een hoge resolutie. QME gebruikt metingen van een optische beeldvormingstechniek genaamd optische coherentietomografie (OCT), die een hoge resolutie genereert, diepte-opgeloste beelden van weefselstructuur door de reflecties te meten, of 'echo's, ' van licht.

Om het apparaat te gebruiken, de op de vinger gemonteerde sonde wordt loodrecht in het weefsel gedrukt terwijl OCT-beelden worden opgenomen. "Door de tastzin te behouden, we streven ernaar de bestaande klinische workflow te behouden en de kans te vergroten dat deze technologie voor breder klinisch gebruik wordt gebruikt, ' zei Sanderson.

Voor nauwkeurige elasticiteitsmetingen, de onderzoekers ontwikkelden nieuwe signaalverwerkingsmethoden met aangepaste algoritmen om inconsistente beweging en druk tijdens het scannen aan te pakken. Dankzij 3D-printen konden ze snel en op een eenvoudige en kosteneffectieve manier prototypes van de buitenmantel van de sonde maken.

"Onze op de vinger gemonteerde sonde kan nauwkeurig microschaalveranderingen in stijfheid detecteren, die wijzen op een ziekte, " zei Sanderson. "Het kleine formaat maakt het ideaal voor beeldvorming in kleine ruimtes zoals een chirurgische holte."

Weefseltesten

Om de sonde te valideren, ze begonnen het te testen op materialen, bekend als siliconenfantomen, ontworpen om gezonde en zieke weefsels in de borst na te bootsen. Deze tests toonden aan dat de op de vinger gemonteerde sonde een nauwkeurigheid van 87 procent had, die iets lager was dan een conventioneel tafelmodel QME-systeem, maar nog steeds voldoende hoog voor potentieel klinisch gebruik.

Vervolgens gebruikten ze de sonde om de verandering in stijfheid te meten die werd veroorzaakt door het verwarmen van een monster kangoeroespier. Dit experiment toonde aan dat het spiermonster een 6-voudige toename in stijfheid onderging na het verhittingsproces. Een voorlopig 2D-beeld werd verkregen door de sonde zijdelings te scannen over een siliconen fantoom met een stijve insluiting. Hoewel het een lagere nauwkeurigheid vertoonde dan het experiment dat werd uitgevoerd zonder scannen, de onderzoekers zeggen dat het vooruitzicht op beeldvorming door met de vinger van de operator te vegen zeer bemoedigend is. "Het contrast tussen voorbeeldkenmerken was nog steeds duidelijk, wat aangeeft dat 2D-scannen in de toekomst veelbelovend is, ' zei Sanderson.

De onderzoekers werken nu aan het inbedden van de optische componenten van de sonde in een chirurgische handschoen die de aanraakgevoeligheid en behendigheid van handmatige palpatie zou behouden. Ze verbeteren ook de nauwkeurigheid van het 2D-scannen.

Dit werk maakt deel uit van een breder project om nieuwe instrumenten te ontwikkelen om chirurgie te verbeteren. Het onderzoeksteam heeft ook zowel bench-top- als handheld-implementaties van micro-elastografie ontwikkeld. Naast inspanningen binnen de universiteit, het team werkt ook nauw samen met OncoRes Medical, een UWA-startbedrijf dat eind 2016 werd opgericht om de micro-elastografietechnologie te commercialiseren.