DTU's teleforskere udvikler billig skanner til kræft

COM-centret på DTU er i færd med forbedre et optisk værktøj, så det for en hundrededel af den nuværende pris kan tage topkvalitetsbilleder ikke bare af øjne og hud, men ved kardiologiske, gynækologiske og mave-tarm-undersøgelser.

Som det første forskningscenter inden for telekommunikation i verden går centret nu engageret ind i biomedicinsk optik, et område i rask vækst. Det gør centret, fordi det ligger inde med en enestående viden om de særlige hullede optiske fibre, krystalfibre, som kan bruges til at videreudvikle skanneren.

Krystalfibrene, der også er grundlaget for NKT-selskabet Crystal Fibre, giver bedre mulighed for at styre lyset end traditionelle optiske fibre, fordi forskerne kan sende lys på én bølgelængde ind i fiberen og få lys i andre bølgelængder ud. Samlet kan de give et stabilt lys over et bredt, infrarødt spektrum.

Nye bølgelængder. Ved hjælp af Risøs femtosekund-laser bliver computersimuleringerne verificeret, og lyset kan bruges direkte ind i det nye OCT-system. De 20 femtosekunder korte pulser giver en så høj peak-effekt, at det intensitetsafhængige brydningsindeks genererer nye, højere og lavere bølgelængder, efter lyset er fokuseret ind i krystalfiberen. [foto: Peter Falk Illustration: Peter Falk.

.]

Skan af nethinden. OCT-skan af nethinden med en femtosekund-laser som kilde. I venstre side ses fovea, hvor det allerskarpeste syn dannes. Under fovea ses photereceptor-laget, der strækker sig fra venstre side af billedet til den optiske disk (en del af synsnerven). For at billedet skal stå skarpt på photoreceptorerne, er laget ovenover fovea meget tyndt. [foto: Nature Illustration: Nature

]

Lyskilder er kernen i OCT-systemet, Optical Coherence Tomography, som er et alternativ til at tage en biopsi. Der er mange ulemper ved biopsi. Hudkræft kan f.eks. brede sig, hvis der skæres i tumoren, og biopsien tager tid og ressourcer.

Lægen skal først finde det bedste sted at tage en biopsi, hvilket kan være svært ved f.eks. en endoskopisk undersøgelse af maven. Med OCT-systemet kan han derimod se biopsien live og både diagnosticere og fastlægge udbredelsen meget præcist.

En biopsi skal også analyseres af en patolog på et laboratorium. Her bliver biopsien delt og analyseret skive for skive gennem et mikroskop. Er der tale om hudkræft, må lægen og patienten normalt vente ca. en uge på svar, og så først kan behandlingen starte.

Med OCT-skanning udføres hele processen på sekunder uden at give mén. Lav-kohærent lys, der kan trænge ned igennem huden, erstatter indgrebet. Lysstrålerne, som reflekteres af de forskellige celler, bliver bearbejdet i et computerprogram til et præcist dybdebillede.

Lysets kvalitet er afgørende

COM-centret på DTU er i færd med forbedre et optisk værktøj, så det for en hundrededel af den nuværende pris kan tage topkvalitetsbilleder ikke bare af øjne og hud, men ved kardiologiske, gynækologiske og mave-tarm-undersøgelser.

Lyskildens kvalitet kan gøre underværker for kvaliteten af det skannede billede. En bedre opløsning i billederne kræver flere lyskilder i farver:

»Det er nemmest at forstå teknologien ved at sammenligne med ultralyd. Optisk skanning foregår bare med lys i stedet for lyd og er lige så uskadelig. Med de bedste systemer fås en opløsning, der er næsten lige så skarp som det, mikroskopet viser,« forklarer ph.d. Andreas Tycho, COM-centret.

Allerede i dag er det muligt at lave billeder med meget høj opløsning med OCT-systemer, men de virker reelt kun i laboratoriet. Hospitaler anvender OCT med lavere opløsning, men kun til at undersøge øjets nethinde. Problemet med laboratoriesystemerne er ifølge ph.d.-studerende Peter Falk, at de er baseret på alt for store, komplicerede og dyre lyskilder. Derfor egner de sig dårligt til den kliniske anvendelse på hospitalet eller hos lægen.
Målet med DTU-forskningen er at konstruere lyskilderne til OCT-systemer, der tillader høj opløsning, og som samtidig kan bruges af praktiserende læger. Det kræver, at systemerne bliver baseret på lyskilder, der er væsentligt billigere og mere stabile end i dag. Nu bruges en laser, der sender lysglimt (pulser), der varer nogle få femtosekunder (10-15).

I stedet skal systemet sammen med krystalfibrene benytte en laser, hvis puls varer 1.000 gange så længe, få picosekunder (10-12). Den koster kun en pct. af femtosekundlaseren og er langt mere kompakt, stabil og egnet til hardware, dvs. til klinisk brug.

»Det vil kunne revolutionere den kliniske brug af OCT-teknikken og betyde, at man faktisk kan få billeder i klinikken, som lægerne kan bruge til noget. Så vil teknikken kunne anvendes til alt fra øjet over huden og med endoskoper i kardiologiske, gynækologiske og mave-tarm-undersøgelser,« siger Andres Tycho.

COM-centrets direktør, Anders Bjarklev, er medopfinder på et af de afgørende patenter på krystalfibrene.

»Samarbejdet med Crystal Fibre betyder, at vi, internationalt set, er meget langt, for det giver os mulighed for at designe fibrene specielt til dette brug. Der er et stort kommercielt potentiale i denne udvikling, hvis vi kan nå så langt, at vi kan lave en billig lyskilde og få patent på den. Så kan vi blive eneleverandør af alle lyskilder til OCT,« siger Peter Falk.

Tidshorisonten er omkring fem år.