Sistema di imaging endoscopico multimodale
Un singolo endoscopio in miniatura in grado di sondare contemporaneamente più meccanismi di contrasto dei tessuti ad alta risoluzione è molto interessante, poiché consente di fornire informazioni complementari e più complete sui tessuti degli organi interni di difficile accesso. Una serie di esperimenti dimostrano che questo endoscopio con sistema di imaging endoscopico multimodale non solo fornisce ai chirurghi un feedback in tempo reale sulla posizione del tessuto tumorale e dei linfonodi, ma crea anche un'esperienza coinvolgente per i chirurghi senza ostacolare il flusso di lavoro chirurgico.
Descrizione
Profilo Aziendale
Guangzhou G-Cell Technology Co., Ltd. è un'impresa tecnologica innovativa fondata facendo affidamento sulla Tsinghua University Shenzhen Graduate School, sulla Southern University of Science and Technology e sulla South China Normal University, e ci concentriamo sull'applicazione della tecnologia di imaging ottico nel campo delle scienze della vita. Per le unità nelle direzioni applicative correlate, possiamo fornirvi apparecchiature e soluzioni professionali per l'imaging ottico. Disponiamo di una piattaforma sperimentale di test ottici completa e di un gruppo di giovani dorsali tecniche di alta qualità. Come combinazione transfrontaliera del settore delle apparecchiature di laboratorio e del settore Internet, l'azienda è impegnata a creare una nuova generazione di apparecchiature intelligenti da laboratorio.
Perché scegliere noi
Squadra di professioni
Siamo specializzati nell'applicazione della tecnologia di imaging ottico al campo della biologia cellulare. Per la ricerca cellulare, l'osservazione e altri campi di applicazione. Disponiamo di una piattaforma sperimentale di test ottici completa e di un gruppo di giovani dorsali tecniche di alta qualità.
Attrezzature avanzate
Come combinazione transfrontaliera del settore delle apparecchiature di laboratorio e del settore Internet, l'azienda è impegnata a creare una nuova generazione di apparecchiature intelligenti da laboratorio.
Ricerca e sviluppo indipendenti
Grazie all'innovazione di un forte team di ricerca e sviluppo tecnico, i prodotti GCell adottano tutti ricerca e sviluppo indipendenti, produzione indipendente, brevetti indipendenti e hanno superato una serie di certificazioni come monografie software e brevetti di modelli di utilità.
Vantaggi del software
L'ottimizzazione del software viene effettuata in base alle abitudini di utilizzo degli utenti della ricerca scientifica e i risultati vengono esportati in base ai requisiti di articoli e rapporti di ricerca scientifica. Le informazioni sull'anteprima delle sezioni possono essere recuperate in qualsiasi momento ed è supportata la conversione del formato dei risultati panoramici, il che è conveniente per l'universalità dell'analisi dei risultati.
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Che cos'è il sistema di imaging endoscopico multimodale
Un singolo endoscopio in miniatura in grado di sondare contemporaneamente più meccanismi di contrasto dei tessuti ad alta risoluzione è molto interessante, poiché consente di fornire informazioni complementari e più complete sui tessuti degli organi interni di difficile accesso. Una serie di esperimenti dimostrano che questo endoscopio con sistema di imaging endoscopico multimodale non solo fornisce ai chirurghi un feedback in tempo reale sulla posizione del tessuto tumorale e dei linfonodi, ma crea anche un'esperienza coinvolgente per i chirurghi senza ostacolare il flusso di lavoro chirurgico.
Vantaggi del sistema di imaging endoscopico multimodale
La luminosità è stabile e veloce
La luminosità della telecamera endoscopica si stabilizza rapidamente. All'avvio il monitor rileva automaticamente la temperatura dell'ambiente per determinare il livello di luminosità. Tuttavia, man mano che l'endoscopio continua ad approfondire, la sua risoluzione cambia.
Buon effetto percettivo
La telecamera endoscopica ha buoni effetti. È migliore di altri dispositivi di visualizzazione di monitoraggio in termini di percezione del colore o percezione del contrasto a specchio. Allo stesso tempo, attraverso la regolazione intelligente della saturazione, protegge gli occhi umani.
Alto livello di elaborazione del segnale
Il monitor endoscopico ha un elevato livello di elaborazione del segnale. Può regolare in modo intelligente la risoluzione dei pixel ordinari per rendere l'immagine più chiara. Allo stesso tempo, anche in ambienti di trattamento molto difficili, il monitor endoscopico può fornire segnali senza barriere.
Ampio angolo di visione
La fotocamera dell'endoscopio ha un ampio angolo di visione, quindi l'immagine può essere vista chiaramente sia vista frontalmente che lateralmente. Inoltre, se visto di lato, non si noterà alcun aumento dell'aberrazione cromatica o immagini sfocate dovute a problemi di angolazione.
Sistema di imaging endoscopico multimodale prospettico basato sulla tecnologia di imaging per il rilevamento dei tumori
Abbiamo sviluppato un sistema endoscopico multimodale lungimirante (FL) che offre immagini a colori, classificate spettrali, ultrasuoni ad alta frequenza (HFUS) in modalità B e immagini del coefficiente di retrodiffusione integrato (IBC) per il rilevamento del tumore in situ. L'esame della distribuzione del tumore dalla superficie del colon all'interno più profondo è essenziale per determinare un piano di trattamento del cancro. Ad esempio, la profondità di invasione sottomucosa dei tumori oltre alla distribuzione del tumore sulla superficie del colon viene utilizzata come indicatore dell'eventuale esecuzione della dissezione endoscopica.
Pertanto, abbiamo ideato il sistema endoscopico multimodale FL per offrire informazioni sulla distribuzione del tumore dalla superficie ai tessuti profondi con elevata precisione. Questo sistema è stato valutato con fantocci di gelatina a doppio strato che hanno proprietà diverse su ciascuno strato del fantoccio in direzione laterale. Dopo aver valutato il sistema con fantasmi, è stato impiegato per caratterizzare quaranta tessuti del colon umano asportati da pazienti affetti da cancro. Il sistema proposto potrebbe consentire di ottenere informazioni chimiche, anatomiche e macromolecolari altamente risolte sui tessuti del colon asportati, compresi i tumori, migliorando così il rilevamento della distribuzione del tumore dalla superficie al tessuto profondo. Questi risultati suggeriscono che il sistema endoscopico multimodale FL potrebbe essere uno strumento di screening innovativo per la caratterizzazione quantitativa dei tumori.
La multimodalità di un sistema ottico implica l'uso di una o più tecniche ottiche per migliorare le prestazioni complessive e la massima utilità del sistema. Dimostriamo un sistema multimodale con illuminazione obliqua che combina due diverse tecniche; la microendoscopia e la spettroscopia a fluorescenza simultanee e possono essere utilizzate per ottenere informazioni diverse dalla stessa posizione del campione biologico. Nel sistema attuale, l'uso di lenti ad indice graduato (GRIN) lo rende altamente compatto e l'incidenza obliqua disaccoppia la geometria dell'illuminazione con la geometria della raccolta, impedendo la saturazione delle telecamere CCD e riducendo il numero di elementi ottici, rendendo così il sistema ulteriormente miniaturizzato e portatile sul campo. Supera inoltre gli svantaggi delle riflessioni indesiderate provenienti da diversi elementi ottici.
I risultati sperimentali dell'imaging e della spettroscopia simultanei dei campioni biologici vengono presentati insieme ai parametri spettroscopici quantitativi; spostamento della lunghezza d'onda di picco, area sotto la curva e metà massima dell'intera larghezza (FWHM). Inoltre, abbiamo ottenuto lo spostamento verso il rosso per il tessuto orale canceroso rispetto al tessuto orale normale di 5,79 ± 1,071 nm. Questo potrebbe essere un indicatore importante per lo screening del cancro orale.
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La chirurgia guidata dalle immagini e quella robotica basate su tecnologie di imaging endoscopico possono migliorare il trattamento del cancro rimuovendo idealmente tutto il tessuto canceroso ed evitando danni iatrogeni ai tessuti sani. I chirurghi valutano i margini del tumore al costo di ostacolare il flusso di lavoro chirurgico o di lavorare con un’illuminazione chirurgica attenuata, poiché gli attuali sistemi di imaging endoscopico non possono eseguire l’imaging simultaneo e in tempo reale di fluorescenza a colori e nel vicino infrarosso (NIR) con la normale illuminazione chirurgica.
Per superare questo problema, viene proposto un endoscopio 3D multimodale di ispirazione bio che combina le eccellenti caratteristiche degli occhi umani e degli occhi composti dei gamberetti mantide. Questo endoscopio 3D, che consente di ottenere immagini simultanee e in tempo reale di fluorescenza tridimensionale stereoscopica, a colori e NIR, è costituito da tre parti: un sistema ottico binoculare a banda larga come l'occhio umano, un sistema di relè ottico e un sensore multibanda ispirato all'occhio composto della canocchia. Introducendo un sistema di relè ottico, le due immagini secondarie dopo il sistema ottico binoculare a banda larga possono essere proiettate sullo stesso sensore multibanda.
Una serie di esperimenti dimostrano che questo endoscopio 3D multimodale di ispirazione biologica non solo fornisce ai chirurghi un feedback in tempo reale sulla posizione del tessuto tumorale e dei linfonodi, ma crea anche un'esperienza coinvolgente per i chirurghi senza ostacolare il flusso di lavoro chirurgico. Le sue eccellenti caratteristiche e la buona scalabilità possono promuovere l'ulteriore sviluppo e l'applicazione della chirurgia robotica e guidata dalle immagini.
I sistemi di imaging endoscopico multimodale che eseguono l'imaging in tempo reale svolgono un ruolo importante in medicina
La maggior parte dei sistemi endoscopici ha una sola funzione e rimane un'esigenza pratica e insoddisfatta per l'imaging multimodale simultaneo e in tempo reale di immagini stereoscopiche tridimensionali, multispettrali e persino di polarizzazione. Nello specifico, l'imaging 3D simultaneo e in tempo reale della fluorescenza a colori e NIR è necessario per la visualizzazione intraoperatoria e la localizzazione del tessuto tumorale, dei linfonodi e delle strutture vitali senza ostacolare il flusso di lavoro chirurgico. La maggior parte degli endoscopi a fluorescenza NIR funziona con un'illuminazione chirurgica attenuata, che ostacola in modo significativo il flusso di lavoro chirurgico: i chirurghi interrompono l'operazione, spengono o attenuano le luci bianche, osservano i margini del tumore con la strumentazione NIR e quindi continuano l'intervento sotto illuminazione visibile senza immagine a fluorescenza NIR guida o illuminazione fioca.
Qui, dimostriamo che un endoscopio 3D multimodale di ispirazione bio con imaging 3D simultaneo e in tempo reale sia del colore che della fluorescenza NIR può essere progettato combinando le eccellenti caratteristiche degli occhi umani e degli occhi composti delle canocchie. Diversi tipi di occhi si sono sviluppati in natura dopo 500 milioni di anni di evoluzione. Molti sistemi e sensori di visione artificiale, come il sensore di polarizzazione del colore, la fotocamera per l'occhio elettronico emisferico, le fotocamere per l'occhio composto, la fotocamera per l'occhio d'aquila, sono ispirati ai sistemi di visione biologica.
Nel frattempo, sono state proposte molte tecnologie per l'imaging 3D, come la tomografia computerizzata (CT), la risonanza magnetica (MRI), la tomografia a coerenza ottica (OCT), la luce strutturata, il tempo di volo (TOF), l'imaging binoculare e l'imaging del campo luminoso. . Tra questi, l’imaging binoculare ispirato all’occhio umano può creare un’esperienza coinvolgente per i chirurghi, rendendolo una soluzione promettente per la chirurgia endoscopica guidata da immagini o la chirurgia robotica.
Il sistema di imaging endoscopico multimodale rende l'imaging più chiaro
L'attuale focus dell'endoscopia elettronica è sulla morfologia e sulla struttura fine della superficie della mucosa, e non esiste un metodo di osservazione efficace per la struttura profonda della mucosa e la funzione di legame dell'ossigeno nel sangue. Tuttavia, la morfologia multistrato e le funzioni dei vasi della mucosa in diverse condizioni di lesioni del tratto digestivo dovrebbero essere diverse. Pertanto, proponiamo un metodo di imaging funzionale multimodale endoscopico agli esami endoscopici convenzionali osservando la mucosa del tratto digestivo, che si basa sull'endoscopio elettronico esistente, sull'imaging con contrasto laser speckle e sulla tecnologia di imaging multispettrale dell'ossigeno nel sangue.
È stata somministrata irradiazione laser per ottenere informazioni sulla luce coerente sulla superficie della mucosa e diffusione profonda di luce coerente per ottenere informazioni sulla distribuzione vascolare multilivello, inoltre è stata eseguita l'imaging di irradiazione multispettrale per ottenere la situazione di ossigenazione della mucosa. Infine, potremmo trovare differenze nelle immagini dei vasi sanguigni profondi tra le comuni malattie gastrointestinali, che potrebbero aiutarci a effettuare una diagnosi precoce dei tumori gastrointestinali in modo non invasivo.
Poiché sono necessarie più sonde per immagini, sono necessari inserimenti ripetuti della sonda nelle arterie e anche i costi associati (ad es. Fili guida, sterilizzazione, ecc.) aumentano in modo significativo. Inoltre, poiché l'acquisizione dei dati viene eseguita individualmente, è necessaria la co-registrazione delle immagini, che spesso viene eseguita offline, manualmente o in modo semiautomatico. Non solo la co-registrazione delle immagini è un compito noioso e dispendioso in termini di tempo, ma ha anche una precisione limitata a causa dell'errore umano e delle variazioni tra osservatori. Pertanto, una tecnica in grado di eseguire simultaneamente più tecnologie di imaging attraverso una singola sonda di imaging migliorerebbe notevolmente i risultati clinici nelle applicazioni cliniche.
Qui presentiamo diversi tipi di modalità di imaging multimodale per la cardiologia e il tratto gastrointestinale. Per la validazione del sistema sono stati condotti studi in vivo ed ex vivo su coniglio e ratto. I risultati mostrano che la tecnologia multimodale è in grado di superare i limiti della modalità di imaging intravascolare individuale, fornendo informazioni più complete sulla morfologia e/o sulla composizione per una migliore caratterizzazione.
Proponiamo un algoritmo di mosaicatura di immagini endoscopiche resistente ai cambiamenti di condizionamento della luce, ai riflessi speculari e alle scene prive di caratteristiche. Queste condizioni sono particolarmente comuni nella chirurgia mini-invasiva in cui la sorgente luminosa si muove insieme alla telecamera per illuminare dinamicamente scene a distanza ravvicinata. Ciò rende difficile per un singolo metodo di registrazione delle immagini tracciare in modo affidabile il movimento della telecamera e quindi generare mosaici coerenti della scena chirurgica espansa in ambienti diversi ed eterogenei. Invece di fare affidamento su un estrattore di caratteristiche specializzato o su un metodo di registrazione delle immagini, proponiamo di fondere diversi algoritmi di registrazione delle immagini in base alle loro incertezze, formulando il problema come ottimizzazione affine del grafico di posa. Ciò consente di combinare punti di riferimento, registrazione dell'intensità densa e approcci basati sull'apprendimento in un unico quadro.
Per dimostrare la nostra applicazione consideriamo il flusso ottico basato sul deep learning, le funzionalità realizzate manualmente e la registrazione basata sull'intensità, tuttavia, il quadro è generale e potrebbe prendere come input altre fonti di stima del movimento, comprese altre modalità di sensore. Convalidiamo le prestazioni del nostro approccio su tre set di dati con caratteristiche molto diverse per evidenziarne la generalizzabilità, dimostrando i vantaggi del nostro quadro di fusione proposto. Sebbene ogni singolo algoritmo di registrazione alla fine fallisca drasticamente in alcune scene chirurgiche, l'approccio di fusione determina in modo flessibile quali algoritmi utilizzare e in quale proporzione per ottenere in modo più robusto mosaici coerenti.
La nostra fabbrica
Guangzhou G-Cell Technology Co., Ltd. è un'impresa tecnologica innovativa fondata facendo affidamento sulla Tsinghua University Shenzhen Graduate School, sulla Southern University of Science and Technology e sulla South China Normal University, e ci concentriamo sull'applicazione della tecnologia di imaging ottico nel campo delle scienze della vita. Per le unità nelle direzioni applicative correlate, possiamo fornirvi apparecchiature e soluzioni professionali per l'imaging ottico. Disponiamo di una piattaforma sperimentale di test ottici completa e di un gruppo di giovani dorsali tecniche di alta qualità. Come combinazione transfrontaliera del settore delle apparecchiature di laboratorio e del settore Internet, l'azienda è impegnata a creare una nuova generazione di apparecchiature intelligenti da laboratorio.
Domande frequenti
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