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Apr 05, 2024

Endoscopia polarimetrica chirurgica per la rilevazione del cancro della laringe

Nature Biomedical Engineering (2023) Cita questo articolo 1893 Accessi 18 dettagli di metriche alternative Una correzione dell'editore a questo articolo è stata pubblicata l'8 giugno 2023 Questo articolo è stato aggiornato Il

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Lo standard di cura per l'individuazione delle patologie laringee prevede la distinzione delle lesioni sospette dal tessuto sano circostante tramite contrasti di colore e consistenza catturati dall'endoscopia a luce bianca. Tuttavia, la tecnica non è sufficientemente sensibile e quindi porta a tassi insoddisfacenti di falsi negativi. Qui mostriamo che le lesioni laringee possono essere rilevate meglio in tempo reale sfruttando le differenze nelle proprietà di polarizzazione della luce del cancro e dei tessuti sani. Misurando le differenze nel ritardo e nella depolarizzazione della luce polarizzata, la tecnica, che abbiamo chiamato "endoscopia polarimetrica chirurgica" (SPE), genera un contrasto maggiore di circa un ordine di grandezza rispetto all'endoscopia a luce bianca, e quindi consente una migliore discriminazione di lesioni cancerose, come mostriamo con i pazienti con diagnosi di carcinoma a cellule squamose. L'imaging polarimetrico di fette di tessuto laringeo asportate e colorate ha indicato che i cambiamenti nel ritardo della luce polarizzata possono essere in gran parte attribuiti alle caratteristiche architettoniche del tessuto. Abbiamo anche valutato la SPE come ausilio alla chirurgia laser transorale di routine per la rimozione di una lesione cancerosa, indicando che la SPE può integrare l’endoscopia a luce bianca per il rilevamento del cancro laringeo.

Il cancro della laringe è una delle neoplasie più comuni del tratto aerodigestivo superiore1. Le procedure minimamente invasive, tra cui la biopsia endoscopica incisionale e la chirurgia transorale, sono ampiamente utilizzate rispettivamente per la diagnosi e l'intervento del cancro laringeo. L'endoscopia chirurgica gioca un ruolo chiave consentendo ai chirurghi di ispezionare in dettaglio le aree sospette senza dover aprire ed esporre in modo invasivo la laringe, e anche di decidere ulteriormente dove effettuare la biopsia per l'esame istopatologico o dove resecare durante l'intervento chirurgico. Lo standard di cura è l'endoscopia a luce bianca ad alta definizione (WLE), una tecnica di imaging ottico ad ampio campo che utilizza illuminazione a luce bianca e imaging con telecamera a colori rosso/verde/blu (RGB) del tessuto laringeo tramite un endoscopio chirurgico, ricreando fedelmente ciò che sarebbe visto ad occhio nudo. I chirurghi si affidano al colore WLE e al contrasto della trama per differenziare le lesioni laringee sospette dal tessuto normale circostante e quindi eseguire l'intervento. Sfortunatamente, le lesioni tumorali, specialmente quelle allo stadio precanceroso e precoce, potrebbero non presentare sempre differenze distinguibili di colore o consistenza, mentre le regioni tissutali con colore o consistenza anormali potrebbero non essere sempre associate al cancro, portando ad una sensibilità insoddisfacente (come basso come 51,1%) e tasso di mancato successo2,3,4,5. Le limitazioni della WLE determinano una selezione inappropriata dei bersagli bioptici o una resezione subtotale/non necessaria, con un effetto negativo sul tasso di sopravvivenza o causando un ulteriore danno funzionale per il paziente.

Le procedure minimamente invasive per il cancro della laringe possono trarre enormi benefici introducendo tecniche endoscopiche chirurgiche complementari che migliorano il contrasto associato alle patologie nel flusso di lavoro clinico. La tecnica ideale fornirebbe una soluzione di imaging in tempo reale, ad alta definizione, ad ampio campo e priva di etichette per favorire il rilevamento rapido del cancro e una chiara guida operativa6. Esistono diverse promettenti tecniche biofotoniche emergenti, tra cui l'endomicroscopia confocale a fluorescenza e l'endomicroscopia non lineare per la visualizzazione a livello cellulare dei tessuti7,8,9,10,11, la tomografia a coerenza ottica endoscopica per l'identificazione dell'architettura dei tessuti12,13,14,15, 16, spettroscopia endoscopica di diffusione della luce per il rilevamento della morfologia cellulare17,18,19 e così via. Questi utilizzano il rilevamento puntiforme (lungo la direzione laterale) o l'imaging all'interno di un campo visivo submillimetrico e richiedono un campionamento ad hoc aggiuntivo o un meccanismo di scansione all'interno di un sistema endoscopico per coprire un'area più ampia. È difficile acquisire immagini ad alta definizione con un'area di copertura ragionevolmente ampia paragonabile alla WLE o all'occhio nudo in tempo reale, il che limita la capacità di queste tecniche di rilevare scene chirurgiche in movimento e deformate e causa difficoltà nella registrazione delle informazioni estratte da queste tecniche con il punto di vista dei chirurghi sui tessuti e sugli strumenti chirurgici.