نظام التصوير بالمنظار متعدد الوسائط

لقد قمنا بتطوير نظام تنظيري متعدد الوسائط تطلعي (FL) يوفر صورًا ملونة ومصنفة طيفية وموجات فوق صوتية عالية التردد (HFUS) ووضع B ومعامل التشتت الخلفي المتكامل (IBC) للكشف عن الورم في الموقع. يعد فحص توزيعات الورم من سطح القولون إلى الداخل أعمق أمرًا ضروريًا لتحديد خطة علاج السرطان. على سبيل المثال، يتم استخدام عمق الغزو تحت المخاطية للأورام بالإضافة إلى توزيعات الورم على سطح القولون كمؤشر على ما إذا كان سيتم إجراء عملية تشريح بالمنظار.

وهكذا، قمنا بتصميم نظام التنظير الداخلي متعدد الوسائط FL لتقديم معلومات حول توزيع الورم من السطح إلى الأنسجة العميقة بدقة عالية. تم تقييم هذا النظام باستخدام أشباح الجيلاتين ثنائية الطبقة والتي لها خصائص مختلفة عند كل طبقة من طبقات الشبح في الاتجاه الجانبي. وبعد تقييم النظام باستخدام الأشباح، تم استخدامه لتوصيف أربعين من أنسجة القولون البشرية المستأصلة من مرضى السرطان. يمكن أن يسمح لنا النظام المقترح بالحصول على معلومات كيميائية وتشريحية وجزيئية عالية الدقة عن أنسجة القولون المستأصلة بما في ذلك الأورام، وبالتالي تعزيز اكتشاف توزيعات الورم من السطح إلى الأنسجة العميقة. تشير هذه النتائج إلى أن نظام التنظير الداخلي متعدد الوسائط FL يمكن أن يكون أداة فحص مبتكرة لتوصيف الورم الكمي.

تتضمن تعدد طرق النظام البصري استخدام تقنية بصرية واحدة أو أكثر لتحسين الأداء العام للنظام وتحقيق أقصى فائدة. نعرض نظامًا متعدد الوسائط مع إضاءة مائلة تجمع بين تقنيتين مختلفتين؛ التنظير المجهري والتحليل الطيفي الفلوري في وقت واحد ويمكن استخدامه للحصول على معلومات متنوعة من نفس موقع العينة البيولوجية. في النظام الحالي، يؤدي استخدام العدسة القضيبية ذات المؤشر المتدرج (GRIN) إلى جعلها مدمجة للغاية ومائلة، مما يفصل بين هندسة الإضاءة وهندسة التجميع، مما يمنع كاميرات CCD من التشبع ويقلل عدد العناصر البصرية، مما يجعل النظام أكثر تصغيرًا ومحمولًا في الميدان. كما أنه يتغلب على عيوب الانعكاسات غير المرغوب فيها من العناصر البصرية المختلفة.

يتم عرض النتائج التجريبية للتصوير المتزامن والتحليل الطيفي للعينات البيولوجية جنبا إلى جنب مع المعلمات الطيفية الكمية؛ ذروة تحول الطول الموجي، المنطقة تحت المنحنى والعرض الكامل بنصف الحد الأقصى (FWHM). علاوة على ذلك، لقد حصلنا على التحول الأحمر للأنسجة الفموية السرطانية فيما يتعلق بأنسجة الفم الطبيعية 5.79 ± 1.071 نانومتر. قد يكون هذا مؤشرًا مهمًا لفحص سرطان الفم.

نقترح خوارزمية فسيفساء للصور بالمنظار تكون قوية لتغيرات تكييف الإضاءة، والانعكاسات المرآوية، والمشاهد الخالية من الميزات. هذه الحالات شائعة بشكل خاص في الجراحة طفيفة التوغل حيث يتحرك مصدر الضوء مع الكاميرا لإضاءة المشاهد القريبة ديناميكيًا. وهذا يجعل من الصعب على طريقة تسجيل صورة واحدة تتبع حركة الكاميرا بقوة ثم إنشاء فسيفساء متسقة للمشهد الجراحي الموسع عبر بيئات مختلفة وغير متجانسة. بدلاً من الاعتماد على مستخرج ميزات متخصص أو طريقة تسجيل الصور، نقترح دمج خوارزميات تسجيل الصور المختلفة وفقًا لشكوكها، وصياغة المشكلة على أنها تحسين الرسم البياني للوضع المتقارب. يتيح ذلك الجمع بين المعالم وتسجيل الكثافة الكثيفة والأساليب القائمة على التعلم في إطار واحد.

لتوضيح تطبيقنا، فإننا نعتبر التدفق البصري القائم على التعلم العميق، والميزات المصنوعة يدويًا، والتسجيل القائم على الكثافة، ومع ذلك، فإن الإطار عام ويمكن أن يأخذ كمدخلات مصادر أخرى لتقدير الحركة، بما في ذلك طرائق الاستشعار الأخرى. نحن نتحقق من صحة أداء نهجنا في ثلاث مجموعات بيانات ذات خصائص مختلفة جدًا لتسليط الضوء على قابليتها للتعميم، وإظهار مزايا إطار الدمج المقترح لدينا. في حين أن كل خوارزمية تسجيل فردية تفشل في نهاية المطاف بشكل كبير في بعض المشاهد الجراحية، فإن نهج الدمج يحدد بمرونة الخوارزميات التي يجب استخدامها وفي أي نسبة للحصول على فسيفساء متسقة بقوة أكبر.