پیشرفت در آندوسکوپی نوری دستگاه گوارش: یک بررسی فنی

خلاصه

آندوسکوپی نوری ابزار تشخیصی و درمانی اولیه برای مدیریت بدخیمی های گوارشی (GI) است. اکثر نئوپلاسم های دستگاه گوارش از ضایعات پیش سرطانی ناشی می شوند. بنابراین، نوآوری‌های فنی برای بهبود تشخیص و تشخیص ضایعات پیش سرطانی و سرطان‌های اولیه نقشی اساسی در بهبود نتایج دارند. در طول چند دهه اخیر، زمینه آندوسکوپی دستگاه گوارش شاهد تلاش‌های گسترده و متمرکزی برای توسعه و ترجمه روش‌های تصویربرداری نوری دقیق، کاربرپسند و کم تهاجمی بوده است. از نقطه نظر فنی، طیف گسترده‌ای از تکنیک‌های نوری جدید در حال حاضر برای بررسی جنبه‌های مختلف برهمکنش نور-بافت در مقیاس‌های ماکروسکوپی و میکروسکوپی، تکمیل کننده آندوسکوپی نور سفید در دسترس است. اکثر این روش‌های جدید با موفقیت تأیید شده و به عملکرد بالینی معمول ترجمه شده‌اند. در اینجا، ما یک بررسی فنی از وضعیت فعلی فناوری‌های تصویربرداری آندوسکوپی نوری جدید موجود و امیدوارکننده برای غربالگری و نظارت سرطان دستگاه گوارش ارائه می‌کنیم. ما اصول اساسی تعامل نور-بافت، عملکرد تصویربرداری در مقیاس‌های مختلف را خلاصه می‌کنیم و آنچه در مورد کاربرد و اثربخشی بالینی شناخته شده است را برجسته می‌کنیم. علاوه بر این، کشف و ترجمه اخیر پروب‌های مولکولی جدید را مورد بحث قرار می‌دهیم که نویدبخش توانایی اندوسکوپیست‌ها برای تشخیص ضایعات دستگاه گوارش با ویژگی بالا هستند. ما همچنین نقش و ادغام بالینی بالقوه الگوریتم‌های مبتنی بر هوش مصنوعی را برای ارائه پشتیبانی تصمیم‌گیری در زمان واقعی بررسی و بحث می‌کنیم. در نهایت، ما دیدگاه‌هایی در مورد توسعه فناوری آینده و پتانسیل آن برای تغییر تشخیص و تشخیص سرطان دستگاه گوارش آندوسکوپی ارائه می‌کنیم.

اختصارات

ADR

میزان تشخیص آدنوم

هوش مصنوعی

هوش مصنوعی

ASGE

انجمن آمریکایی آندوسکوپی دستگاه گوارش

CAde

تشخیص به کمک کامپیوتر

CADx

تشخیص به کمک کامپیوتر

CE

کروماندوسکوپی

CLE

آندومیکروسکوپی لیزر کانفوکال

EAC

آدنوکارسینوم مری

ESCC

کارسینوم سلول سنگفرشی مری

ESGE

انجمن اروپایی آندوسکوپی دستگاه گوارش

FICE

آندوسکوپی کرومو هوشمند فوجی

FOV

میدان دید

GI

دستگاه گوارش

HRME

میکروآندوسکوپی با وضوح بالا

NBI

تصویربرداری باند باریک

PIVI

حفظ و ادغام نوآوری های ارزشمند آندوسکوپی

RCT

کارآزمایی‌های تصادفی‌سازی و کنترل‌شده

SECM

آندومیکروسکوپ کانفوکال با کدگذاری طیفی

VLE

آندومیکروسکوپی لیزری حجمی

WLE

آندوسکوپی نور سفید

کاربردهای پزشکی آندوسکوپ و لیزر

موارد استفاده از آندوسکوپ

پنج روش پزشکی که با استفاده از آندوسکوپ انجام می شود:

آرتروسکوپی

آندوسکوپ از طریق یک برش در پوست نزدیک مفصل تحت بررسی وارد می شود. این را می توان برای بررسی مفصل و عملیات پیش ساخته مانند برداشتن بافت های پاره شده استفاده کرد.

برونکوسکوپی

آندوسکوپ از طریق لوله‌های برونش در داخل ریه‌ها وارد می‌شود تا به راه هوایی نگاه کند و هر گونه اشیایی که راه هوایی را مسدود کرده است را از بین ببرد.

بیوپسی آندوسکوپ

آندوسکوپ از طریق یک برش یا سوراخ در بدن وارد می شود که به ناحیه تحت بررسی منتهی می شود. سپس از فورسپس بیوپسی برای نمونه برداری از بافت استفاده می شود که می تواند توسط آسیب شناس آنالیز شود.

گاستروسکوپی (همچنین به نام اوزوفاگوگاسترودئودنوسکوپی)

آندوسکوپ در داخل گلو قرار می گیرد تا مشکلات مری، معده و دوازدهه مانند خونریزی یا زخم را بررسی کند.

لاپاراسکوپی

آندوسکوپ از طریق یک برش در شکم به منظور مشاهده اندام های شکمی و انجام جراحی جزئی وارد می شود.

قسمت های آندوسکوپ

شفت

شفت فقط 10 میلی متر قطر دارد و می تواند تا 2 متر طول داشته باشد. انعطاف پذیر است و از فولاد و پلاستیک پوشانده شده است تا آن را ضد آب کند، از آسیب های شیمیایی جلوگیری کند و مانور آن را در بدن آسان کند. این شامل موارد زیر است:

بسته های فیبر نوری

نور توسط بسته‌های فیبر نوری غیر منسجم به ناحیه مورد بررسی هدایت می‌شود (بسته‌هایی که فیبرهای نوری در دو انتها ردیف نشده‌اند). با این حال، تصویر باید توسط یک بسته فیبر نوری منسجم (بسته ای که در آن فیبرهای نوری در دو انتهای فیبر ردیف شده اند به طوری که یک تصویر قابل انتقال باشد) به عقب منتقل شود. برای ایجاد یک تصویر واضح، شفت حاوی 10000 الیاف است!

لوله های آب

برای شستن لنز و شفاف نگه داشتن دید، آب همراه داشته باشید.

کانال عملیات

لوازم جانبی را برای جراحی به انتهای تقطیر حمل می کند.

کابل های کنترل

کنترل می کند که انتهای تقطیر به کدام سمت خم شود.

کانال اختیاری اضافی

هوا یا دی اکسید کربن را به انتهای تقطیر و از آن می برد

پایان تقطیر

انتهای تقطیر به بدن بیمار وارد می شود. کنترل هایی در انتهای دید وجود دارد تا آن را در جهت دلخواه خم کند. تصویر توسط یک لنز در انتهای آن فوکوس می شود.

کاربردهای پزشکی آندوسکوپ و لیزر

کاربردهای پزشکی آندوسکوپ و لیزر

عملکرد فیبرهای نوری

فیبرهای نوری لوله های باریکی از الیاف شیشه ای با پوشش پلاستیکی هستند که نور را از یک سر به سر دیگر منتقل می کنند. نور از دیواره های فیبر منعکس می شود و حتی می تواند به گوشه ها بتابد. خواص فیبرهای نوری آنها را برای طیف وسیعی از کاربردها مفید می کند، از جمله:

پزشکی - برای انتقال تصاویر اندام ها و شریان ها

صنعتی - برای انتقال تصاویر از داخل ماشین آلات پیچیده

ارتباطات - برای انتقال داده ها در فواصل طولانی بدون از دست دادن انتقال

پرتوهای نور از بازتاب کلی درونی برای حرکت در طول الیاف استفاده می کنند. برای دستیابی به این امر، پرتو نور باید با حداقل زاویه 82 درجه به دیواره های فیبر برخورد کند، که زاویه بحرانی برای حرکت نور از شیشه به پلاستیک است. از آنجایی که الیاف بسیار باریک هستند، این معمولاً مشکلی ندارد.

درس فیزیک پزشکی

فیزیک پزشکی

وظیفه 1:

کاربردهای پزشکی آندوسکوپ و لیزر

وظیفه 2:

 استفاده از رادیواکتیویته به عنوان ابزار تشخیصی پزشکی

وظیفه 3:

سونوگرافی در تشخیص پزشکی

اشعه ایکس در تشخیص پزشکی

تولید اشعه ایکس

تولید اشعه ایکس

پرتوهای ایکس معمولاً در لوله های اشعه ایکس با شتاب دادن به الکترون ها از طریق اختلاف پتانسیل (افت ولتاژ) و هدایت آنها به ماده هدف (مثلاً تنگستن) تولید می شوند. الکترون های ورودی با کاهش سرعت در هدف (تابش ترمز یا bremsstrahlung) اشعه ایکس را آزاد می کنند.

تصویربرداری اشعه ایکس و توموگرافی کامپیوتری

1. تصویربرداری اشعه ایکس و توموگرافی کامپیوتری.

1.1 اصول کلی تصویربرداری با اشعه ایکس.

1.2 تولید اشعه ایکس.

1.3 برهمکنش اشعه ایکس با بافت.

1.4 ضرایب میرایی خطی و جرمی اشعه ایکس در بافت.

1.5 ابزار برای تصویربرداری با اشعه ایکس مسطح.

1.6 ویژگی های تصویر اشعه ایکس.

1.7 عامل کنتراست اشعه ایکس.

1.8 روش های تصویربرداری اشعه ایکس.

1.9 کاربردهای بالینی تصویربرداری اشعه ایکس.

1.10 توموگرافی کامپیوتری.

1.11 پردازش تصویر برای توموگرافی کامپیوتری.

1.12 توموگرافی کامپیوتری مارپیچی/مارپیچ.

1.13 توموگرافی کامپیوتری مارپیچی چند تکه.

1.14 دوز تشعشع.

1.15 کاربردهای بالینی توموگرافی کامپیوتری.

مقدمه ای بر تصویربرداری زیست پزشکی

شرح

بررسی جامع و یکپارچه از روش های تصویربرداری زیست پزشکی

یکی از اجزای مهم گسترش اخیر در مهندسی زیستی، حوزه تصویربرداری زیست پزشکی است. این کتاب پوشش عمیقی از زمینه تصویربرداری زیست پزشکی را با توجه ویژه به دیدگاه مهندسی ارائه می دهد.

مناسب به عنوان یک مرجع حرفه ای و به عنوان یک متن برای یک دوره یک ترم برای مهندسان پزشکی یا دانشجویان فناوری پزشکی، مقدمه ای بر تصویربرداری زیست پزشکی اصول و کاربردهای چهار تکنیک اولیه تصویربرداری پزشکی را پوشش می دهد: تصویربرداری تشدید مغناطیسی، اولتراسوند، پزشکی هسته ای و اشعه ایکس / توموگرافی کامپیوتری.

این کتاب با اتخاذ رویکردی در دسترس که شامل هر گونه ریاضیات و روش‌های تبدیل ضروری است، بحث‌های دقیقی را در مورد موارد زیر ارائه می‌کند:

اصول فیزیکی، طراحی ابزاری، استراتژی های اکتساب داده ها، تکنیک های بازسازی تصویر، و کاربردهای بالینی هر روش

پیشرفت‌های اخیر مانند توموگرافی کامپیوتری مارپیچی چند تکه، تصویربرداری اولتراسونیک هارمونیک و ساب هارمونیک، اسکن PET چند برشی و تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی

ویژگی های کلی تصویر مانند وضوح فضایی و سیگنال به نویز، مشترک در همه روش های تصویربرداری

اصول تصویربرداری رزونانس مغناطیسی: دیدگاه پردازش سیگنال

شرح

در سال 1971 دکتر پل سی لاتربر اصول رمزگذاری اطلاعات فضایی را پیشگام کرد که تشکیل تصویر را با استفاده از سیگنال های تشدید مغناطیسی ممکن می کرد. اکنون Lauterbur، "پدر MRI" و دکتر Zhi-Pei Liang اولین کتاب درسی مهندسی در تصویربرداری رزونانس مغناطیسی را با هم تالیف کرده اند. این متن قطعی و مورد انتظار به دانشجویان کارشناسی و کارشناسی ارشد مهندسی پزشکی، دانشمندان تصویربرداری زیست پزشکی، رادیولوژیست ها و مهندسان برق کمک می کند تا درک عمیقی از اصول MRI به دست آورند.

نویسندگان از یک رویکرد پردازش سیگنال برای توصیف اصول تصویربرداری رزونانس مغناطیسی استفاده می کنند. شما یک بحث روشن و دقیق در مورد این موضوعات ضروری که با دقت انتخاب شده اند پیدا خواهید کرد:

مبانی ریاضی

اصول تولید و تشخیص سیگنال

ویژگی های سیگنال

اصول محلی سازی سیگنال

تکنیک های بازسازی تصویر

مکانیسم های کنتراست تصویر

وضوح تصویر، نویز، و مصنوعات

تصویربرداری با اسکن سریع

بازسازی محدود

کتاب اصول تصویربرداری تشدید مغناطیسی با مجموعه‌ای جامع از مثال‌ها و مشکلات تکالیف، کتابی است که باید برای بهبود دانش شما از این تکنیک انقلابی بخوانید.

رشته های پزشکی که از فوتونیک و اپتیک سود می برند

رشته‌های پزشکی تخصصی که از پیشرفت‌های اپتیک و بیوفوتونیک بهره می‌برند، شامل جراحی مغز و اعصاب، جراحی آندوسکوپی، تصویربرداری پزشکی، قلب و عروق و داروسازی می‌شود، اما محدود به آن نمی‌شود.

تشخیص غیر تهاجمی

تکنیک های تشخیصی غیر تهاجمی به روش های تشخیصی اطلاق می شود که متکی به شکستن پوست بیمار نیست. بسیاری از تکنیک‌های اپتیک، مانند اشعه ایکس، می‌توانند برای عبور از بافت یا قرار دادن دوربین‌ها برای تشخیص از جمله آندوسکوپی و دوربین‌های بلع استفاده شوند.

لیزرها

لیزرهای پزشکی در جراحی چشم، دندانپزشکی و رفع سرطان استفاده می شود. لیزر همچنین ابزار بسیار مهمی در درمان های پوست و زیبایی پوست است.

توالی یابی ژنومی

با استفاده از نشانگرهای فلورسنت که به پایگاه های DNA خاصی متصل می شوند، می توان از لیزر برای شناسایی نشانگرها و انجام توالی یابی ژنومی استفاده کرد. این دانش از ساختار ژنتیکی بدن ما به پیشرفت های دارویی جدید و درمان های بهتر بیماری کمک می کند.

تصویربرداری زیست پزشکی

تصویربرداری زیست پزشکی از اولین استفاده از تصاویر اشعه ایکس در اواخر قرن نوزدهم راه طولانی را پیموده است. تصویربرداری پزشکی مدرن هنوز به شدت به اشعه ایکس متکی است، اما پیشرفت‌های دیگر شامل فلوروسکوپی، تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI)، توموگرافی محوری کامپیوتری (CAT یا CT اسکن)، توموگرافی انتشار پوزیترون (PET) و رادیوگرافی پروجکشن، و همچنین استفاده از تکنیک ها و تجهیزات میکروسکوپی پیشرفته مانند میکروسکوپ های نیروی اتمی.

پیشرفته بیواپتیک و بیوفوتونیک

لبه برش های بیواپتیک و بیوفتونیک شامل استفاده از میکروسکوپ های نیروی اتمی برای دستکاری مستقیم غشای سلولی، دستکاری لیزری پروتئین ها و تکنیک های تصویربرداری پیشرفته مانند OCT (توموگرافی انسجام نوری) و CT (توموگرافی کامپیوتری) است.

درمان های فعال شده با نور

درمان‌های فعال‌شده با نور از نور برای تشویق فرآیندهایی مانند بهبود زخم یا درمان سرطان‌ها از طریق درمان فوتودینامیک استفاده می‌کنند.