Lichtgestützte Bildgebungsplattformen für die Krebsfrüherkennung
Die Fluoreszenzbildgebung ist ein leistungsfähiges, nicht-invasives Verfahren zum Nachweis subtiler biochemischer und struktureller Veränderungen im Gewebe, die für das bloße Auge nicht sichtbar sind.
Bei 2M Engineering entwickeln wir Fluoreszenzabbildungssysteme und photonische Plattformen die es ermöglichen, Krebs im Frühstadium zu erkennen und die klinische Entscheidungsfindung zu verbessern.
Durch die Kombination Multi-Wellenlängen-Lichtquellen, optische Fasern, kompakte Sensoren und intelligente Signalverarbeitung, übersetzen wir fortschrittliche Photonik in praktische, klinisch nutzbare Diagnoseinstrumente.
Warum die Fluoreszenzbildgebung für die Krebserkennung wichtig ist
Die Krebsfrüherkennung ist nach wie vor eine der größten ungedeckten Bedürfnisse im Gesundheitswesen.
Speziell bei Mundkrebs:
- die Krankheit ist für die Inspektion leicht zugänglich, doch
- viele bösartige Erkrankungen werden immer noch zu spät erkannt
- frühe Läsionen sind oft visuell nicht von gesundem Gewebe zu unterscheiden
Infolgedessen hat Mundkrebs immer noch ein 5-Jahres-Sterblichkeitsrate von ~50%, trotz der Tatsache, dass eine Früherkennung die Überlebensrate über 80%.
Die Fluoreszenzbildgebung schließt diese Lücke, indem sie Folgendes aufzeigt funktionelle und biochemische Gewebeveränderungen lange bevor strukturelle Anomalien sichtbar werden.
Von der visuellen Inspektion zur optischen Gewebscharakterisierung
Grenzen der derzeitigen Screening-Methoden
Die derzeitige Mundkrebsvorsorge beruht auf folgenden Faktoren:
- Sichtprüfung (klinisch-mündliche Untersuchung)
- Blaulicht-Zusatzstoffe und Farbstoffe
- Bürstenbiopsien und Überweisung zur Histopathologie
Diese Ansätze:
- keine ausreichende Sensitivität und Spezifität aufweisen
- keine Entscheidungshilfe in Echtzeit bieten
- häufig zu unnötigen Biopsien oder einer verzögerten Diagnose führen
Die Rolle der Fluoreszenzbildgebung
Die Fluoreszenzbildgebung ermöglicht:
- Echtzeit-Gewebecharakterisierung
- Identifizierung verdächtiger Regionen über visuelle Hinweise hinaus
- Anleitung zu optimalen Biopsieorten
- frühere und sicherere klinische Entscheidungen
Entwicklung einer Fluoreszenzbildgebungsplattform bei 2M Engineering
2M Engineering entwickelt komplette Fluoreszenz-Bildgebungssysteme, Abdeckung:
- optische Architektur und Wellenlängenauswahl
- LED- und Laser-basierte Anregungsquellen
- faseroptische Sondenkonstruktion
- spektrometergestützte und kameragestützte Erkennung
- eingebettete Signalverarbeitungs- und Klassifizierungsalgorithmen
- Miniaturisierung und Tragbarkeit des Systems
- Vorbereitung auf die klinische Validierung und Zertifizierung
Unser Ansatz ist anwendungsorientiert: Wir entwickeln photonische Lösungen für reale klinische Arbeitsabläufe, nicht für Laboreinrichtungen.
Fallstudie: EDOCAL - Plattform zur Früherkennung von Mundkrebs
EDOCAL ist ein Fluoreszenz-Bildgebungssystem, das von 2M Engineering für die Früherkennung von Mund- und Kehlkopfkrebs.
Das System basiert auf Multi-Wellenlängen-Fluoreszenz-Anregung, Dabei werden sowohl LEDs als auch Laserquellen verwendet, um die Autofluoreszenz von Gewebe anzuregen und Emissionsmuster zu analysieren, die mit prämalignen und malignen Veränderungen in Verbindung stehen.
Aktueller Status
- Aufbau von optischem und medizinischem Kern-Know-how
- funktionsfähiger, in Patientenstudien validierter Prototyp
- abgeschlossene klinische Prüfungen
- Technologie bereit für weitere Industrialisierung und OEM-Einsatz
Die zugrunde liegende Technologieplattform ist nicht beschränkt auf Mundkrebs und kann an andere Krebsarten und anatomische Lokalisationen angepasst werden.
Die wichtigsten Funktionen der EDOCAL-Plattform
- Fluoreszenzbildgebung in Echtzeit während einer Untersuchung oder Operation
- Mehrwellenlängen-Anregung (365-625 nm)
- Laser- und LED-Lichtquellen
- Faserbasierte Gewebebeleuchtung und Signalerfassung
- Spektrometer-basierte Signalanalyse
- Software-gestützte Interpretation und Läsionsklassifizierung
- tragbare Systemarchitektur
- Unterstützung für weniger Biopsien und bessere Zielgenauigkeit
Das System macht keine automatische Diagnose liefern, sondern bietet Klinikern verwertbare optische Informationen zur Unterstützung der Entscheidungsfindung.
Kombination von Fluoreszenz und konventioneller Bildgebung
Die Fluoreszenzsysteme von 2M können kombiniert werden mit:
- konventionelle Farbbildgebung
- Läsionsverfolgung im Zeitverlauf
- Bildvergleich und Morphing
- strukturierte Verwaltung von Patientendaten
Dieser hybride Ansatz verbessert:
- Längsschnittkontrolle
- Dokumentation und Follow-up
- Kommunikation zwischen Klinikern
Vom Prototyp zum klinisch einsetzbaren Gerät
2M Engineering hat die gesamte Entwicklung der Fluoreszenzbildgebung unterstützt:
VON
Erste Funktionsdemonstratoren
- Validierung der Anregungswellenlängen
- Optimierung der Ausgangsleistung
- Feedbackschleifen für Kliniker
TO
Tragbare klinische Systeme
- Miniaturisierung
- Cost-Down-Engineering
- Optimierung der Benutzerfreundlichkeit
- Vorbereitung auf die klinische Prüfung und Zertifizierung
Diese Erfahrung fließt direkt ein in neue OEM- und PoC-Diagnoseentwicklungen.
Eine wiederverwendbare Plattform für mehrere Krebsarten
Die in EDOCAL angewandten Prinzipien der Fluoreszenzbildgebung sind anwendbar auf:
- Mund- und Kehlkopfkrebs
- Harnblasenkrebs
- gastrointestinale Karzinome
- Dermatologie
- intraoperative Randbeurteilung
2M baut aktiv auf dieser Grundlage in neuen Projekten auf Krebsfrüherkennung und optische Diagnostik.
Spezifikationen des EDOCAL-Systems
System
- Einrichtung für Multi-Wellenlängen-Gewebebeleuchtung und integrierte Abtastung
- Technologie: Mehrwellenlängen-Fluoreszenz-Bildgebung
- Anwendung: Mund- und Kehlkopfkrebs
- Klinische Studie abgeschlossen
- Vollständige technische Entwicklung von Optik, Hardware, Signalverarbeitung und Anwendungen durch 2M
- Tragbar
Haupteinheit
- Wellenlängen: 6 Laserquellen und 4 LEDs von 365 nm bis 625 nm
- Spektrometer-basierte Signalverarbeitung
Sensor-Sonde
- Über Lichtleitfaser auf menschliches Gewebe gerichtetes Licht
- Fluoreszenz-"Rücklauf"-Emission über dieselbe Faser gesammelt
Signalverarbeitung & Algorithmen
- Lichtinformationen werden mit einem Computer mit Signalverarbeitungssoftware analysiert
Vom Konzept zum klinisch einsetzbaren Gerät
Nachgewiesene Fähigkeit zur Umsetzung fortgeschrittener photonischer Konzepte in tragbare, klinisch einsetzbare medizinische Geräte.
FROM - Erstes Funktionsmodell
Untersuchung der Machbarkeit und klinischen Relevanz
- Auswahl von Schmalband-LEDs und Laserquellen
- Ausreichende optische Ausgangsleistung für biologisches Gewebe
- Erste Validierung des Fluoreszenzkontrasts
- Enge Zusammenarbeit mit Klinikern, um den tatsächlichen klinischen Bedarf zu ermitteln
- Labor- und frühe Patiententests
TO - Vollständig tragbares Gerät für klinische Tests
Bereit für reale medizinische Umgebungen
- Miniaturisierte optische und elektronische Architektur
- Mehrwellenlängenanregung integriert in einem kompakten System
- Robuste faserbasierte Messsonde
- Optimierte Signalverarbeitungs- und Klassifizierungsalgorithmen
- Kostengünstige Konstruktion und Herstellbarkeit
- Entwickelt für den klinischen Einsatz, Prüfungen und Zertifizierungsverfahren
Warum eine Partnerschaft mit 2M Engineering?
2M Engineering kombiniert:
- fundiertes Fachwissen in den Bereichen Photonik und Laser
- Entwicklung medizinischer Geräte auf Systemebene
- Verständnis der klinischen Arbeitsabläufe
- Erfahrung mit EU-finanzierten Forschungsprojekten
- Umsetzung von der Forschung zu herstellbaren Produkten
Wir liefern keine isolierten optischen Komponenten - wir liefern integrierte Diagnosesysteme.
Möchten Sie eine Lösung für die Fluoreszenzbildgebung entwickeln?
Wenn Sie daran arbeiten:
- Krebs-Früherkennung
- Alternativen zur optischen Biopsie
- Echtzeit-Gewebecharakterisierung
- photonische PoC-Diagnosegeräte
2M Engineering kann Sie unterstützen von Konzept und Machbarkeit bis hin zur zertifizierungsfähigen Produktentwicklung.
Frühere H2020-Projekte zur Krebserkennung mittels Laser-Photonik
EDOCAL Demonstrant
Das Projekt wird im Rahmen des FP7-Programms finanziert. Projektname: EDOCALD (FP7-Projektnummer 605254)
Bei Krebs neigen Gewebezellen dazu, viele zusätzliche Blutgefäße zu bilden, um ihr Wachstum zu unterstützen. Das Molekül Protoporphyrin (PpIX) ist im Allgemeinen in Blutgefäßen vorhanden und zeigt rote Fluoreszenz, wenn es mit UV- oder Blaulicht im Bereich von 360-425 nm angeregt wird. Krebszellen und Krebsvorläuferzellen werden durch Beobachtung der roten Fluoreszenz bei einer passenden Anregungswellenlänge nachgewiesen. Die Wellenlänge des Lasers muss abstimmbar sein, da die passende Wellenlänge von der Person, der Art der Krankheit und dem Vorhandensein anderer Chemikalien abhängt.. Die Basislinien werden aus umgebendem gesunden Gewebe erstellt.
Mehr über das EDOCAL-Demonstrator-Projekt
Fortgeschrittener Blasenkrebs LAser Diagnostics and thErapy (ABLADE)
Siebtes Rahmenprogramm, Finanzhilfevereinbarung Nr.: 324370
Projektbeginn: 10/04/2013
Das Projekt ABLADE entspringt der innovativen Idee, die Technologien der multifunktionalen Laser auf den endoluminalen Ansatz für die Diagnose und Behandlung von Harnblasenkrebs zu übertragen und so die Frühdiagnose und Genauigkeit gegenüber dem derzeitigen endoskopischen Ansatz auf der Basis von Weißlicht und der transurethralen Resektion mittels Elektrodiathermie zu verbessern.
Dieser Wissenstransfer wird durch die Integration neuer Laserquellen mit unterschiedlichen Wellenlängen in ein kompaktes System ermöglicht, das speziell für einige der unerfüllten klinischen Bedürfnisse entwickelt wurde, die in einer großen systematischen Übersicht mit Metaanalyse und Kosteneffektivitätsstudie identifiziert wurden.
Das letztendliche Ziel von ABLADE ist es, die Vorteile der traditionellen flexiblen endoskopischen Untersuchung der Harnblase durch die Integration neuer multifunktionaler Laserdiagnose- und Phototherapie-Technologien dramatisch zu verbessern, um ein System zu realisieren, das sich für die ambulante oder tagesklinische Diagnose und Behandlung der Harnblase eignet.
Krebsfrüherkennung mit photonischen Kristalllasern (EDOCAL)
Das EDOCAL-Projekt wird von der Europäischen Union im Rahmen des 7. Rahmenprogramms für Forschung und technologische Entwicklung unter der Vertragsnummer 231993 finanziert.
Ziel des EDOCAL-Projekts ist es, durch die Kombination modernster Laser- und Bildgebungstechnologie mit führender medizinischer Forschung ein bahnbrechendes Instrument zur Früherkennung von Krebszellen zu schaffen. Es kombiniert fortschrittliche, bewährte, kostengünstige Telekommunikations- und modernste Halbleitertechnologien mit den neuesten Fortschritten und Erkenntnissen über medizinische Verfahren, die von den FTE-Partnern bereitgestellt werden.