Mikroskop veľký ako pero môže zmeniť diagnostiku rakoviny. PrecisionView ukáže lekárom podozrivé tkanivo ešte pred biopsiou
Nový AI mikroskop PrecisionView vidí bunky aj drobné cievy priamo na tkanive. Lekárom môže pomôcť lepšie zacieliť biopsiu a zachytiť podozrivé zmeny skôr.
Biopsia je v medicíne mimoriadne dôležitá, no má jeden nepríjemný problém. Lekár vždy odoberá len malú vzorku z väčšej oblasti. Ak sa podozrivé zmeny nachádzajú o pár milimetrov vedľa, výsledok nemusí povedať celý príbeh.
Práve tento slabý bod diagnostiky chcú riešiť výskumníci z Rice University a MD Anderson Cancer Center. Vyvinuli ručný mikroskop PrecisionView, ktorý sa prikladá priamo na tkanivo a v reálnom čase ukazuje bunky aj drobné cievy pod povrchom.
Lekár vidí väčšiu časť tkaniva bez toho, aby stratil detail buniek
Pri mikroskopickom zobrazovaní lekári často narážajú na kompromis. Keď chcú vidieť jemné bunkové detaily, majú pred sebou len malý výrez tkaniva. PrecisionView tento problém zmierňuje tým, že podľa výskumníkov zachytí približne päťkrát väčšiu plochu než porovnateľné systémy a stále si udrží rozlíšenie, pri ktorom sú viditeľné aj bunkové štruktúry.
Dôležitá je aj hĺbka ostrosti, ktorá je pri novom zariadení približne osemkrát väčšia. V praxi to znamená, že obraz sa nerozpadne hneď v momente, keď povrch tkaniva nie je dokonale rovný. A to je pri živom tele zásadné, pretože sliznica sa nespráva ako sklíčko v laboratóriu.
„Pri včasnom odhalení rakoviny dnes lekári často riešia, či uvidia malý detail, alebo väčšiu časť tkaniva,“ vysvetľuje Rebecca Richards-Kortum z Rice University. „PrecisionView má tento kompromis zmenšiť. Lekár môže vidieť viac naraz, no stále v dostatočnom detaile a v reálnom čase.“
Umelá inteligencia tu neslúži len na dodatočné doostrenie hotového obrázka. Vedci ju použili aj pri návrhu optiky a pri rekonštrukcii obrazu. Mikroskop tak dokáže pri dvojrežimovom zobrazovaní spracovať približne 15 snímok za sekundu a lekár výsledok vidí prakticky okamžite.
Neprehliadni
Celé zariadenie má stáť približne 3000 dolárov. To je dôležité najmä pre menšie kliniky a regióny, kde nie je dostupné špičkové patologické laboratórium alebo kde sa na výsledky čaká príliš dlho.
AI mikroskop sleduje bunky aj drobné cievy naraz
Epitelové rakoviny vznikajú v tkanivách, ktoré pokrývajú povrchy tela a orgánov. Patrí sem napríklad rakovina krčka maternice alebo nádory ústnej dutiny. Problém je, že podozrivé zmeny nemusia byť rozložené rovnomerne. Jedna časť tkaniva môže vyzerať relatívne pokojne, kým o pár milimetrov vedľa sa už dejú zmeny, ktoré by lekár nechcel prehliadnuť.
PrecisionView sa preto nepozerá len na samotné bunky. Sleduje aj drobné cievy pod povrchom tkaniva, pretože aj tie môžu prezradiť, že sa v danej oblasti deje niečo podozrivé. Pri prednádorových a nádorových zmenách sa často mení nielen vzhľad buniek, ale aj spôsob, akým je tkanivo zásobované krvou.
„Pri klasickej biopsii odoberáme len malú vzorku a čakáme na výsledok z laboratória. Táto technológia nám umožňuje pozrieť sa na omnoho väčšiu oblasť okamžite,“ vysvetľuje Jimin Wu, jeden zo spoluautorov výskumu. „V praxi by to mohlo znížiť riziko, že podozrivé miesto zostane mimo odberu, a zároveň obmedziť zákroky, ktoré nakoniec nemusia byť potrebné.“
Vedci zariadenie skúšali na ústnej dutine aj na predrakovinových zmenách krčka maternice
Výskumníci otestovali zariadenie na zdravých dobrovoľníkoch aj na vzorkách tkaniva s predrakovinovými zmenami. Pri skenovaní ústnej dutiny dokázal mikroskop vytvoriť mapy tkaniva a ciev na plochách väčších ako jeden štvorcový centimeter.
Ešte dôležitejšie bolo testovanie na tkanive krčka maternice. Tam zariadenie identifikovalo predrakovinové zmeny a odlíšilo abnormálne oblasti od okolitého zdravého tkaniva. Celý proces prebiehal v reálnom čase, bez čakania na výsledky z laboratória.
AI tu nevylepšuje len obrázok. Pomáha mikroskopu vidieť ostro aj na nerovnom tkanive
PrecisionView používa špeciálnu fázovú masku a algoritmy umelej inteligencie. Fázovú masku si môžeš predstaviť ako upravené „sklo“ v optike mikroskopu, ktoré svetlo spracuje inak než klasická šošovka. Obraz zo senzora preto nemusí na prvý pohľad vyzerať dokonale, no AI z neho dokáže spätne poskladať použiteľný ostrý obraz.
Má to však aj svoju cenu. V ideálnom bode zaostrenia môže byť obraz o niečo menej kontrastný než pri špičkovom klasickom mikroskope. Lenže v tele sa lekár nepozerá na rovné laboratórne sklíčko. Sliznica sa hýbe, má nerovnosti a jednotlivé časti tkaniva môžu byť v mierne odlišnej hĺbke. Práve tam dáva väčšia hĺbka ostrosti väčší praktický zmysel než dokonalá ostrosť v jednom jedinom bode.
„PrecisionView môže priniesť kvalitnejšie vyšetrenie priamo k pacientovi, nie až do vzdialeného laboratória,“ vysvetľuje Kathleen Schmeler z MD Anderson. „Pre lekára to znamená rýchlejšie rozhodovanie a pre pacienta väčšiu šancu, že sa podozrivé zmeny zachytia skôr.“
Vedci chcú v ďalších prototypoch integrovať miniatúrne LED svetlá priamo na koniec mikroskopu. Tie by mohli dostať na povrch tkaniva rádovo silnejšie osvetlenie, no stále v bezpečných limitoch. V praxi by to znamenalo kratší čas snímania, menej rozmazania pri pohybe a presnejšie spojenie obrazov buniek a ciev.
Stále však platí, že PrecisionView zatiaľ nie je hotová náhrada biopsie ani univerzálny skener rakoviny. Výskumníci sami zdôrazňujú, že na overenie jeho diagnostickej presnosti budú potrebné väčšie klinické štúdie. Najbližšie roky teda ukážu, či sa z tohto ručného mikroskopu stane bežný pomocník pri vyšetreniach, alebo len ďalší sľubný prototyp z laboratória.
