Med en tunn sond och en skur av mikrovågor, läkare kan utrota cancerceller utan att öppna en patient för operation.

Men när du försöker koka ihjäl en liten mängd precancerös vävnad i ett område så känsligt som säga, matstrupen – där musklerna styr flödet av mat in i magen – precision är av största vikt.

Ett team av biomedicinska ingenjörer från University of Wisconsin-Madison arbetar med att finslipa nya avbildningstekniker som kan möjliggöra finare övervakning av denna typ av minimalt invasiv ablationsbehandling.

I en explorativ studie som nyligen publicerats i tidskriften Biomedicinsk Optik Express , College of Engineering doktorander Ryan Niemeier, Sevde Etoz och Daniel Gil och fakultetsmedlemmar Jeremy Rogers, Melissa Skala och Christopher Brace analyserade hur två olika metoder för optisk koherenstomografi (OCT) kunde ge värdefulla, kvantitativa bilddata om vävnad som har ablerats och omgivande områden.

Till skillnad från ablationer av tumörer i organ som lever eller lunga, där måtten är i centimeter, procedurer i områden som matstrupen fungerar i skalor av bråkdelar av en millimeter.

"Traditionell medicinsk bildbehandling fungerar inte riktigt bra för det, säger Brace, en docent i biomedicinsk teknik som ledde ablationssidan av studien. "Traditionell optisk visualisering kan ge dig en känsla av vad som har hänt på ytan, men du kan inte riktigt säga hur djupt det blev."

För att utforska en alternativ metod, UW-Madisons ingenjörer använde en traditionell svaghet hos optisk teknik till sin fördel. När ljuset strålar in i vävnaden, det sprider sig, begränsar djupet och kontrasten för den resulterande bilden.

"På samma gång, det är också en möjlighet, säger Rogers, en biträdande professor i biomedicinsk teknik vars labb fokuserar på biomedicinsk optik. "Spridat ljus innehåller faktiskt mycket information. Så genom att använda den spridningssignalen, vi kan faktiskt göra det till en källa till kontrast."

OKT, som Rogers liknar med den optiska versionen av ultraljud, använder vanligtvis nära-infrarött ljus, som sprider mindre och tränger in djupare än synligt ljus. Men eftersom gruppen uttryckligen var intresserad av att undersöka förändringar i spridning, den synliga våglängden bjöd på spännande potential.

Rogers och hans optikteam skräddarsydda ett OCT-instrument som använder synligt ljus och jämförde sedan bilderna med de som tagits med ett kommersiellt utvecklat system som använder nära-infrarött ljus.

"Vad vi har sett med detta är att de faktiskt innehåller kompletterande information. Var och en har vissa fördelar och nackdelar, säger Rogers, noterar att det nära-infraröda verktyget ser djupare och har ett bättre signal-brusförhållande, medan det synliga instrumentet ger en högre upplösning.

"Vi vet också från teorin om spridning att dessa olika våglängdsområden faktiskt kommer att vara känsliga för olika strukturer i vävnaden."

Således, att upptäcka förändringar i spridning kan indikera fysiska vävnadsförändringar, såsom celldöd vid ablationsbehandlingar. Med ytterligare utforskning, det kan innebära realtidsövervakning av procedurer, vilket skulle kunna öka effektiviteten – inte längre vänta på labbarbete för att bekräfta resultat.

"Det tyder på att vi kanske kan använda den här typen av teknik för att titta mer interaktivt på vad som händer i vävnaden, säger Brace.