RAPORT ŞTIINŢIFIC ŞI TEHNIC Etapa IV 2009 CUPRINS 1. Obiective generale 2. Obiectivele fazei de executie 3. Rezumatul fazei 4. Descrierea stiintifica si tehnica 5. Concluzii 1
1. Obiective generale Obiectivul general al proiectului de platforma (PYRAMID) propune crearea infrastructurii necesare dezvoltarii cercetarilor in diagnosticarea precoce in patologia maligna digestiva. Proiectul isi propune folosirea tehnicilor imagistice de ultima generatie (autofluorescenta endoscopica, tomografie cu coerenta optica, endomicroscopie confocala laser, etc.), generind crearea unui curent unificator, cu integrarea cercetatorilor tineri in obiectivele si aria de cercetare FP7. 2. Obiectivele fazei de executie In cadrul fazei de executie nr 3, derulata in intervalul 21/07/2008-15/12/2008, s-a urmarit achizitia completa a unui sistem OCT de inalta performanta in cadrul celor doua activitati: Activitatea IV.1. Achizitie completa aparatura Activitatea IV.2. Asamblare si punere in functiune aparatura laborator 3. Rezumatul fazei Aparatul achiztionat (THORLABS OCS1300SS) efectueaza masuratori de tip Tomografia optica coerenta (OCT asigurand achizitionarea de imagini 2D si 3D in timp real ale unor probe biologice in vivo sau in-situ. 4. Descrierea stiintifica si tehnica Metoda tomografiei optice coerente (OCT) este o metoda nou intrata in domeniul medical. Metoda se bazeaza pe folosirea unei surse partial coerente intrun montaj de tip interferential cele mai des intalnite find cele de tip Michelson sau Mach Zender si isi are originea in masuratorile din domeniul transmiterii informatiei 2
(determinari ale defectelor aparute in fibre optice si/sau in microchipuri). Este o metoda neinvaziva care, pe baza analizei semnalului interferential permite scanarea tesuturilor biologice pe o adancime de cativa mm avand o rezolutie de ordinal micronilor. Procedura a fost aplicata cu success in analiza afectiunilor oftalmologice (la nivelul maculei). Tendinta actual este de a folosi aceasta metoda in incercarea de a analiza tesuturi tumorale in scopul obtinerii unor biopsii optice Aparatul achiztionat (THORLABS OCS1300SS) efectueaza masuratori de tip Tomografia optica coerenta ( OCT asigurand achizitionarea de imagini 2D si 3D in timp real ale unor probe biologice in vivo sau in-situ. Fig. 1 Sistemul OCT 3
Sistemul ofera 1. rate de achizitie a imaginilor comparabile cu sistemele video 2. rezolutie micronica 3. manevrabilitate sporita Din punct de vedere tehnic sistemul contine sursa laser (care trimite semnalul spre proba analizata), montajul interferential (include si detectorii pentru citirea semnalului obtinut ), sonda folosita pentru culegerea semnalului de pe proba analizata si sistemul de analiza a imaginilor (software + hardware) cu urmatoarele caracteristici: Sursa folosita este un Laser acordabil cu urmatoarele caracteristici - Domeniu spectral central: 1310-1340 nm - Lungime de unda centrala: 1325 nm - Acordabilitate @10 db: 120-150nm - Frecventa de repetitie 16kHz ± 0.2 - Viteza de scanare: 16 khz - Lungime de coerenta: 6-8 mm - Putere medie in momentul scanarii: 12.0 mw - Putere medie in mod static de functionare: 24 mw - Zgomot: 25dB - Conditii ambientale de operare: 10 0-40 0 C - Alimentare: 220V @ 50Hz - Iesire pe fibra optica cu conectori de tip FC/APC - Sa prezinte modul de conectare de tip RS232 - Sa prezinte module de interconectare cu celelalte module ale instalatiei: de monitorizare a puterii de iesire, pentru cuplarea interferometrului si de trigger extern - Clasa 1M - Sistemul sa fie compact cu o amprenta de 315mm x 295 mm x 146 mm - Greutate de aproximativ 9.5kg - Sistemul sa fie prevazut cu toate cablurile de conectare si sursa de alimentare 4
Interferometrul este de tip Mach-Zender si are urmatoarele caracteristici (incluzand detectorii folositi pentru inregistrarea semnalului interferential): - Lungime de unda centrala: 1300 nm - Domeniu spectral: 1225-1375 nm - Domeniul de frecvente de lucru ( Free Spectral Range ): 103,3 GHz ± 5% - Nivelul de zgomot introdus in sistem < 0,7 db - Prezinta doi detectori care monitorizeaza nivelul puterii emise de sursa laser si frecventa de lucru a acestuia Detectori - Detectorii au largimi de banda de pana la 200MHz (3dB) - Raspuns liniar pe intregul domeniu spectral - Design compact - Include sursa de alimentare - Modulul poate fi utilizat si pentru alte operatiuni de sincronizare - Utilizeaza intrari si iesiri pe fibra optica de tip Corning Modulul (sonda) folosit pentru analiza (achizitionarea semnalelor) este de tip Microstand Probe Mount avand urmatoarele caracteristici: - Include o camera CCD Camera Pixel 2.0 Mega, 24 Bit RGB - Viteza de redare a cadrelor 25fps - Campul de inregistrare: 4,000 (H) x 512 (D) pixeli - Adancime maxima de vizualizare: 3 mm - Rezolutie transversala 15 μm - Rezolutie axiala ( la interfata aer/apa ) 12/9 μm - Include sistem optica performant cu urmatoarele caracteristici 1. distanta de scanare 15 mm 2. diferenta maxima pentru drumul optic din centrul imaginii pana la colturi < 1 µ m 3. eficienta de transmisie >93% 4. marirea: 10 x 5 x 3 5. lungimea de unda centrala 1315 nm 6. acordabilitatea domeniului spectral ± 65 nm 7. domeniul termic de operare 10 0 C- 50 0 C 5
Permite adaptarea a mai multor obiective optice Sonda poate fi utilizata atat in pozitia fixa dar si in cea mobila, permitand astfel analiza unor probe dificil de fixat pe lamelele de proba Fig 2 Masuratori OCT 6
Pachetul software atasat furnizeaza urmatoarele aplicatii: - proceseaza prin transformata Fourier semnalele achizitionate prin metoda interferometrica - rata de conversie A/D 100MS/s - rezolutia A/D 14 biti - redarea imaginilor 2D se face cu o viteza de 25 fps - specificatii pachet soft pentru imagini tip 2D Cross Sectional OCT: 1. maximul de camp redat 4,000 (H) x 512 (D) pixeli 2. latimea maxima a probei de analizat 10mm 3. adancimea maxima de analizat 3 mm 4. Rezolutie transversala 15 μm 5. Rezolutie axiala ( la interfata aer/apa ) 12/9 μm - specificatii pachet soft pentru imagini tip 2D en-face Microscope Imaging Capability 1. maximul de rezolutie in pixeli 1600 x 1200 2. viteza de redare: 20 fps @ 1600 x 1200 - specificatii pachet soft pentru imagini tip 3D Volumetric Imaging Capability 1. volumul maxim de analizat 10 mm (L) x 10 mm (W) x 3 mm (D) 2. rezolutia maxima 640 (L) x 640 (W) x 512 (D) Pixels 3. timp de procesare a imaginii maxim 30 s - contine si optiunea Doppler- pentru analiza dinamica - sa poata exporta fisierele in format jpeg, bmp sau avi Sistemul este insotit de o configuratie hardware cu urmatoarele caracteristci: Procesor: CPU Dual-Core Intel Memorie: 2 GB SDRAM Sistem de operare: Windows XP Professional, SP2 Hard : 250 GB SATA 3.0 Gb/s Sisteme de citire si inregistrare pe support optic: 48X/32X CD-RW and 16X DVD+/-RW Monitor : Dell 19" UltraSharp Flat Panel, VGA/DVI 7
5. Concluzii Proiectul PYRAMID va completa si dezvolta infrastructura de cercetare a UMF Craiova determinind valorificarea potentialului si a resurselor CDI in plan regional si national, respectiv participarea Centrului de Cercetare in Gastroenterologie in colaborare cu Disciplinele de Patologie si Biologie Moleculara, la programe nationale si internationale de cercetare. OCT este o metoda imagistica, neinvaziva, folosind radiatie electromagnetica in domeniul vizibil sau infrarosul apropiat, care poate oferi in situ si in timp real imagini sectionale de mare rezolutie ale structurilor biologice cu o penetratie de 2-3 mm si rezolutie laterala si axiala de ordinul 10-15 microni In cadrul acestei faze a fost achizitionat si testat echipamentul de cercetare de inalta performanta conform descrierii de mai sus. Director contract, Prof. Univ. Dr. Adrian Săftoiu 8