"FLEXIBLE LIGHT FIELD 3D ENDOSCOPY

“灵活光场 3D 内窥镜

基本信息

  • 批准号:
    9974190
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 23.4万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-06-01 至 2022-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary: The overall goal of this research is to develop a three-dimensional (3D) and multispectral fiber-bundle endoscope for the real-time, non-invasive assessment of biological tissue. Optical endoscopy has been extensively employed worldwide by physicians to diagnose or treat diseases, such as cancer. These probes are inserted into the body through small incisions or natural body openings, providing high-resolution images of internal organs and tissue. Depending on whether the image is transmitted through lenses alone or fibers, optical endoscopes are generally classified into two categories, rigid and flexible. Compared with the rigid counterparts, flexible endoscopes feature a lower rate of complications, increased patient comfort, and a lack of requirement for general anesthesia. Moreover, they allow the visualization of the entire gastrointestinal tract, such as esophagus, stomach, and duodenum, which are generally inaccessible by rigid endoscopes. Despite widespread use, conventional flexible optical endoscopes have been crucially limited to 2D views of pathological sites. Because most tissue lesions manifest themselves as abnormal 3D structural changes, the lack of depth information frequently jeopardizes the diagnostic usefulness. On the other hand, the value of spectral imaging for phenotype description and as a quantitative assessment tool for tissue abnormalities has continued to grow exponentially. Nonetheless, to acquire the color information, most conventional spectral imagers rely on scanning, either in the spatial or spectral domain. Limited by the scanning mechanism, these imagers are generally slow in data acquisition and therefore unsuitable for imaging dynamics. To overcome above limitations, we propose flexible light field endoscopy (Flex-LFE) which will enable 3D and multispectral imaging of tissue lesions in real time. The Flex-LFE will be built upon a computational imaging architecture that has been previously demonstrated in photography. However, rather than imaging macroscopic objects, we will tailor Flex-LFE for flexible endoscopic imaging in two specific aims: i) develop a Flex-LFE for 3D and multispectral imaging of biological tissue, ii) evaluate the probe’s imaging performance both in phantoms and ex vivo. The proposed Flex-LFE will have broad impacts on the endoscopic diagnosis and treatment. The acquisition of 3D and spectral information will facilitate the identification of a variety of tissue lesions, alleviating the need for invasive tissue biopsy. Moreover, the probe’s fast 3D imaging capability will enable real-time monitoring of laparoscopic interventions, providing accurate 3D visualization of surgical sites and thereby reducing the risk of misidentifying structures, a situation that can cause severe patient injuries. As the first instrument of its kind, the development of Flex-LFE will ultimately lead to a new generation of optical 3D endoscopes and make transformative advancements to the state-of-the-art approaches.
项目摘要:本研究的总体目标是开发三维(3D)和多光谱 光纤束内窥镜用于对生物组织进行实时、非侵入性评估。 全世界的医生普遍使用它来诊断或治疗癌症等疾病。 探头通过小切口或自然身体开口插入体内,提供高分辨率 内部器官和组织的图像取决于图像是单独通过镜头传输还是通过镜头传输。 光纤内窥镜一般分为刚性内窥镜和柔性内窥镜两类。 单位,柔性内窥镜具有较低的并发症发生率,提高了患者的舒适度,并且缺乏 此外,它们可以观察整个胃肠道, 例如食道、胃和十二指肠,这些部位通常是硬性内窥镜无法触及的。 尽管广泛使用,传统的柔性光学内窥镜仍然仅限于 2D 视图 由于大多数组织病变表现为异常的 3D 结构变化,因此 另一方面,缺乏深度信息常常会损害诊断的价值。 用于表型描述和作为组织异常的定量评估工具的光谱成像 尽管如此,为了获取颜色信息,最传统的光谱。 成像仪依赖于扫描,无论是在空间域还是光谱域,受到扫描机制的限制。 成像仪的数据采集速度通常很慢,因此不适合动态成像。 为了克服上述限制,我们提出了柔性光场内窥镜 (Flex-LFE),它将实现 3D Flex-LFE 将建立在计算成像的基础上。 然而,之前已经在摄影中展示过的建筑,而不是宏观的成像。 对象,我们将为柔性内窥镜成像定制 Flex-LFE,以实现两个特定目标:i) 开发用于 3D 的 Flex-LFE 和生物组织的多光谱成像,ii) 评估探头在体模中的成像性能 和离体。 拟议的 Flex-LFE 将对内窥镜诊断和治疗产生广泛影响。 3D和光谱信息的采集将有助于识别各种组织病变,减轻 此外,探头的快速 3D 成像能力将实现实时。 监测腹腔镜干预,提供手术部位的准确 3D 可视化,从而 减少错误识别结构的风险,这种情况可能会导致患者严重受伤。 在同类仪器中,Flex-LFE 的开发最终将带来新一代光学 3D 内窥镜并对最先进的方法做出变革性的进步。

项目成果

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