I ricercatori hanno sviluppato la prima sonda indossabile che migliora il senso del tatto mediante l'imaging e quantificando la rigidità e l'elasticità del tessuto biologico. Il dispositivo è stato sviluppato per migliorare la rimozione chirurgica del cancro al seno e potrebbe essere utile anche per la chirurgia del cervello, del fegato e altri tipi di cancro.

Nella rivista The Optical Society (OSA) Ottica biomedica Express , ricercatori della University of Western Australia (UWA) descrivono il nuovo dispositivo, che incorpora una sonda in fibra in un ditale indossabile.

Durante la chirurgia conservativa del seno, il trattamento chirurgico più comune per il cancro al seno, i chirurghi toccano e comprimono il tessuto per confermare che il tessuto canceroso più rigido è stato rimosso. I test istopatologici vengono quindi eseguiti giorni dopo per garantire che l'intero tumore sia stato rimosso. Oggi, Dal 20 al 30 percento dei pazienti sottoposti a questo tipo di intervento chirurgico richiedono un'altra procedura perché i test istopatologici mostrano che le cellule cancerose rimangono.

"La nostra nuova sonda mira a migliorare il senso soggettivo del tatto del chirurgo attraverso metodi quantificati, imaging ad alta risoluzione della rigidità dei tessuti, " ha detto Rowan W. Sanderson, primo autore del saggio. "Questo potrebbe rendere più facile rilevare e rimuovere tutto il tessuto canceroso durante il primo intervento chirurgico di conservazione del seno, che ridurrebbe il carico fisico e psicologico e il costo che accompagna la ri-escissione".

Trasformare il tocco in immagini

La sonda montata sul dito utilizza una tecnica chiamata microelastografia quantitativa (QME) per tradurre il senso del tatto in immagini ad alta risoluzione. QME utilizza misurazioni da una tecnica di imaging ottico chiamata tomografia a coerenza ottica (OCT), che genera alta risoluzione, immagini risolte in profondità della struttura del tessuto misurando i riflessi, o 'echi, ' di luce.

Per utilizzare il dispositivo, la sonda montata sul dito viene premuta perpendicolarmente nel tessuto mentre vengono registrate le immagini OCT. "Preservando il senso del tatto, miriamo a conservare il flusso di lavoro clinico esistente e ad aumentare la probabilità che questa tecnologia venga adottata per un uso clinico più ampio, " ha detto Sanderson.

Per misurazioni accurate dell'elasticità, i ricercatori hanno sviluppato nuovi metodi di elaborazione del segnale con algoritmi personalizzati per gestire movimenti e pressioni incoerenti durante la scansione. La stampa 3D li ha aiutati a produrre rapidamente prototipi dell'involucro esterno della sonda in modo semplice ed economico.

"La nostra sonda montata sul dito è in grado di rilevare con precisione i cambiamenti di rigidità su microscala, che sono indicativi di malattia, " ha detto Sanderson. "Le dimensioni ridotte lo rendono ideale per l'imaging in spazi ristretti come una cavità chirurgica".

Test dei tessuti

Per convalidare la sonda, hanno iniziato testandolo sui materiali, conosciuti come fantasmi di silicone, progettato per imitare i tessuti sani e malati del seno. Questi test hanno mostrato che la sonda montata sul dito aveva una precisione dell'87 percento, leggermente inferiore rispetto a un sistema QME da banco convenzionale, ma ancora sufficientemente alto per un potenziale uso clinico.

Hanno quindi utilizzato la sonda per misurare il cambiamento di rigidità causato dal riscaldamento di un campione di muscolo di canguro. Questo esperimento ha mostrato che il campione muscolare ha subito un aumento di 6 volte della rigidità in seguito al processo di riscaldamento. Un'immagine 2-D preliminare è stata ottenuta scansionando la sonda lateralmente attraverso un fantoccio di silicone contenente un'inclusione rigida. Sebbene abbia mostrato una precisione inferiore rispetto all'esperimento eseguito senza scansione, i ricercatori dicono che la prospettiva per l'imaging facendo scorrere il dito dell'operatore è molto incoraggiante. "Il contrasto tra le caratteristiche del campione era ancora evidente, il che indica che la scansione 2D è molto promettente per il futuro, " ha detto Sanderson.

I ricercatori stanno ora lavorando per incorporare i componenti ottici della sonda in un guanto chirurgico che conserverebbe la sensibilità al tocco e la destrezza della palpazione manuale. Stanno anche migliorando la precisione della scansione 2D.

Questo lavoro fa parte di un progetto più ampio per sviluppare nuovi strumenti per migliorare la chirurgia. Il team di ricerca ha anche sviluppato implementazioni della micro-elastografia sia da banco che portatili. Oltre agli sforzi all'interno dell'Università, il team lavora anche a stretto contatto con OncoRes Medical, una start-up UWA costituita alla fine del 2016 per commercializzare la tecnologia di micro-elastografia.