Photonische Sensor- und Lasertechnologie zur Prüfung und Behandlung von Blasenkrebs

Ärzte und Ingenieure entwickeln photonische Sensortechnologie zur besseren Behandlung von Blasenkrebs

Blasenkrebs ist heute eine der teuersten zu behandelnden Krankheiten in der westlichen Welt. Das MIB-Projekt ist ein europäisches Forschungsprojekt, bei dem Ingenieure und Mediziner neue Instrumente zur Erkennung von Blasenkrebs entwickeln. 

Multimodale, endoskopische biophotonische Bildgebung von Blasenkrebs für die Point-of-Care-Diagnose

Das MIB-Akronym steht für Multimodale, endoskopische biophotonische Bildgebung von Blasenkrebs für die Point-of-Care-Diagnose. Das Konzept kann den Krankenhäusern eine schnellere und bessere Behandlung und große Einsparungen bringen. Das Projektteam hofft, dass das Konzept langfristig auf die Diagnose von Dickdarmkrebs, Prostatakrebs, Magenkrebs, Speiseröhrenkrebs und Lungenkrebs angewendet werden kann.

Photonische Sensor- und Lasertechnologie zur Prüfung und Behandlung von Blasenkrebs

Schlüsselmerkmale

  • Das MIB-System ist ein medizinisches Gerät, das eine Kombination von bis zu 4 Modalitäten (OCT, MSOT, Raman und MPM) zur Messung und Analyse der Besoldungsgruppe und Bühne von Blasenkrebs und klassifizieren ihn nach den Vorgaben der WHO.
  • Das Gerät ist nur für den professionellen Gebrauch bestimmt und wird in Operationssälen und Ambulanzen von geschultem Personal eingesetzt.
  • Ein flexibles Endoskop kann alle 4 Modalitäten umfassen und passt in die Abmessungen der derzeit kommerziell erhältlichen Endoskope.
  • Die Gesamtzeit für die Datenerfassung beträgt weniger als 15 Minuten.
  • Die Empfindlichkeit des Systems ist größer als 96%
  • Die Spezifität des Systems ist größer als 50%

Vorteile

  • Verbesserte diagnostische Sensitivität und Spezifität
  • Erhebliche Einsparungen im Gesundheitswesen
  • Verbesserte Lebensqualität

 

 

Klinischer Bedarf

Der Kliniker möchte zwischen gesundem und neoplastischem (krebsartigem) Gewebe unterscheiden, und wenn das Gewebe neoplastisch ist, möchte er wissen, wie weit der Tumor fortgeschritten ist. Die Definition von fortgeschritten ist durch die Tiefe des Einwachsens in die Blasenwand gegeben und heisst Tumor-Stadium. Der Kliniker möchte auch wissen, wie aggressiv die Tumorzellen sind; dies wird durch ihre Besoldungsgruppe. Niedriggradige Zellen sind eher gutartig (freundlich/wenig aggressiv), während hochgradige Zellen sich teilen und schnell wachsen und somit aggressiv sind und auf eine potenziell lebensbedrohliche Krankheit hindeuten.

Das MIB-System ermöglicht es dem Kliniker, die Grad der Zellen und Stadium des Tumors in Echtzeit, d.h. während der endoskopischen Untersuchung der Blase. Wenn der Urologe bei einer Zystoskopie eine Läsion in der Blase sieht, möchte er die Läsion sofort mit dem MIB-System untersuchen können. 

Der Urologe trifft eine sofortige (Echtzeit-)Entscheidung über die Behandlung des Patienten auf der Grundlage der vom MIB-System erhaltenen Informationen. Das Gerät selbst stellt keine Diagnose.

Im Operationssaal verwendet der Urologe starre Zystoskopieinstrumente, die eine Vollnarkose erfordern. In der Ambulanz kommen kleinere und weichere flexible Instrumente zum Einsatz, die ohne Anästhesie verwendet werden können.

Biophotonische Abtast- und Abbildungstechniken

Im Rahmen des Projekts werden verschiedene photonische Sensor- und Lasertechnologien zur Prüfung und Behandlung von Blasenkrebs evaluiert und die am besten geeigneten Technologien in ein Endoskop integriert.

ÜLG

Optische Kohärenz-Tomographie

Die optische Kohärenz-Tomographie (OCT) ist ein bildgebendes Verfahren, bei dem Licht mit niedriger Kohärenz verwendet wird, um zwei- und dreidimensionale Bilder mit Mikrometer-Auflösung aus optischen Streumedien (z.B. biologisches Gewebe) zu erfassen. Sie wird für die medizinische Bildgebung und die industrielle zerstörungsfreie Prüfung (NDT) eingesetzt. Die optische Kohärenztomographie basiert auf der Niederkohärenz-Interferometrie, bei der typischerweise Nah-Infrarot-Licht verwendet wird. Durch die Verwendung von Licht relativ langer Wellenlängen kann es in das streuende Medium eindringen. Die konfokale Mikroskopie, eine andere optische Technik, dringt typischerweise weniger tief in die Probe ein, aber mit höherer Auflösung.

SERDS

Raman-Differenzspektroskopie mit verschobener Anregung

Mit der Methode der Raman-Differenzspektroskopie mit verschobener Anregung (sog. SERDS) können Raman-Signale vom Hintergrundrauschen getrennt werden. Das Signal-Hintergrund-Rausch-Verhältnis ist deutlich besser als bei der Raman-Spektroskopie. Das SERDS-Prinzip basiert auf der Anregung des Raman-Effekts mit zwei Wellenlängen, die spektral sehr nahe beieinander liegen, bei einem Abstand des halben Breitenmaximums der typischen Raman-Linien von Flüssigkeiten und Festkörpern von 0,25 nm.  

MPM

Mehrphotonenmikroskopie (MPM)-Bild

Die Zwei-Photonen-Anregungsmikroskopie (auch als nichtlineare, Mehrphotonen- oder Zwei-Photonen-Laser-Scanning-Mikroskopie bezeichnet) ist eine Alternative zur Konfokal- und Entfaltungsmikroskopie, die deutliche Vorteile für die dreidimensionale Bildgebung bietet. Insbesondere die Zwei-Photonen-Anregung eignet sich hervorragend für die Abbildung lebender Zellen, insbesondere in intakten Geweben wie Hirnschnitten, Embryonen, ganzen Organen und sogar ganzen Tieren. Die effektive Empfindlichkeit der Fluoreszenzmikroskopie, insbesondere bei dicken Proben, wird im Allgemeinen durch unscharfe Lichtreflexe begrenzt.

 

MSOT

Multispektrale optoakustische Tomographie

Die multispektrale optoakustische Tomographie (MSOT), auch bekannt als funktionelle photoakustische Tomographie (fPAT), ist eine bildgebende Technologie, die hochauflösende optische Bilder in streuenden Medien, einschließlich biologischen Geweben, erzeugt. MSOT beleuchtet Gewebe mit Licht transienter Energie, typischerweise mit Lichtimpulsen von 1-100 Nanosekunden Dauer. Das Gewebe absorbiert die Lichtimpulse und erfährt infolgedessen eine thermoelastische Ausdehnung, ein Phänomen, das als optoakustischer oder photoakustischer Effekt bekannt ist. Diese Ausdehnung führt zu Ultraschallwellen (Photoechos), die detektiert und zu einem Bild geformt werden. Die Bildentstehung kann mit Hilfe von Hardware (z.B. akustische Fokussierung oder optische Fokussierung) oder Computertomographie (mathematische Bildentstehung) erfolgen. Im Gegensatz zu anderen Arten der optoakustischen Bildgebung wird bei der MSOT die Probe mit mehreren Wellenlängen beleuchtet, so dass sie Ultraschallwellen erkennen kann, die von verschiedenen photoabsorbierenden Molekülen im Gewebe emittiert werden, sei es endogen (sauerstoffhaltiges und sauerstoffarmes Hämoglobin, Melanin) oder exogen (bildgebende Sonden, Nanopartikel). Computergestützte Techniken wie die spektrale Entmischung entfalten die von diesen verschiedenen Absorbern emittierten Ultraschallwellen, so dass jeder Emitter im Zielgewebe separat sichtbar gemacht werden kann. Auf diese Weise kann die MSOT die Visualisierung der Hämoglobinkonzentration und der Gewebeoxygenierung oder Hypoxie ermöglichen. Im Gegensatz zu anderen optischen Bildgebungsverfahren ist die MSOT unbeeinflusst von der Photonenstreuung und kann daher hochauflösende optische Bilder tief im Inneren biologischer Gewebe liefern.

 

Spezifikationen auf hohem Niveau

  • Güteklasse: niedrig/hochgradige Zellen
  • Prüfungszeit: 15-20
  • Endoskopische Ausführungen:
    • Flexibles Zystoskop mit integrierter Farbkamera
    • Starres Zystoskop
  • Laser-Sicherheitsklasse: Laserklasse 1
  • Temperatur (Lagerung, Logistik): 15-50oC
  • Betriebstemperatur: 15-35oC
  • Luftfeuchtigkeit: 5-90%
  • Maximale Haltbarkeitsdauer nach der Sterilisation: 36 Monate nach der Sterilisation
Blasenkrebs-Stadien

Partner

Das Projekt umfasst Forscher aus Hauptstadtregion von Dänemark, Abteilung für Urologie, Krankenhaus Frederiksbergzwei Universitäten, drei Forschungseinrichtungen und vier kleine und mittlere Unternehmen.

Das Projekt umfasst Forscher aus einem Krankenhaus, zwei Universitäten, drei Forschungseinrichtungen und vier kleinen und mittleren Unternehmen.

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