Sistema de iluminação Narrow Band Imaging para cápsulas endoscópicas

Abstract

A cápsula endoscópica (CE) tem tido um interesse crescente já que permite um exame indolor e não invasivo de todo o trato gastrointestinal (GI). Esta dissertação apresenta um estudo para implementação da função Narrow Band Imaging (NBI) em CEs. O exame NBI, já aplicado à endoscopia convencional, permite destacar a vascularização da mucosa e identificar alterações vasculares que podem ser indicativas de condições patológicas, entre as quais: doenças inflamatórias do intestino, esófago de Barrett, cancro colo-rectal e caraterização de pólipos em tempo real, sem recorrer a biopsia. A iluminação dos tecidos em bandas de comprimento de onda específicos aumenta o contraste entre a superfície epitelial e o padrão vascular subjacente. A iluminação azul (415 nm) corresponde ao pico principal de absorção da luz da hemoglobina. As estruturas com elevado conteúdo de hemoglobina (vasos sanguíneos) absorvem a luz e portanto surgem mais escuras do que a restante mucosa que reflete a luz. A iluminação verde (540 nm) corresponde ao pico secundário de absorção da hemoglobina e realça os vasos sub-epiteliais. A tecnologia proposta consiste em desenvolver um sistema NBI aplicável à CE utilizando diferentes LEDs (Light Emitting Diodes) azuis e verdes como fontes de luz e recorrendo a filtros óticos, de forma a obter iluminação na banda espetral desejada. Estes filtros foram construídos através da técnica de deposição de filmes finos, pulverização catódica em magnetrão por RF. Foram aplicados materiais dielétricos, o dióxido de titânio (TiO2) e o dióxido de silício (SiO2) de forma a construir filtros Fabry-Perot, constituídos por dois espelhos paralelos (multicamada dielétrica em cada espelho) separados por uma cavidade de ressonância. A espessura da cavidade de ressonância controla o comprimento de onda transmitido para as bandas espetrais desejadas no NBI. O melhor resultado obtido foi na gama verde, onde foi possível obter um pico de emissão espetral de 536 nm. A integração desta funcionalidade (técnica NBI) em CEs é promissora, pois vai permitir diagnósticos mais precisos, possibilitando a identificação patologias que, quando observadas apenas com luz branca, são quase imperceptíveis.

Endoscopic capsule (EC) has had an increasing interest for painless and non-invasive examination of the complete gastrointestinal (GI) tract. In this thesis is presented a study of the implementation of Narrow Band Imaging (NBI) illumination system in EC. NBI examination is already applied in conventional endoscopy and it emphasizes changes in the vascular pattern which may indicate pathological conditions, such as: inflammatory bowel diseases, Barrett’s esophagus, colorectal cancer and polyp classification in real time, without the need of biopsy. The illumination of the gastrointestinal mucosa with specific wavelengths increases the contrast between the vascularization and the epithelial surface. Blue illumination (415 nm) corresponds to the main peak on the absorption spectrum of hemoglobin. Structures with high-hemoglobin content (blood vessels) absorb the light and thus appear darker than the surrounding mucosa that reflects the light. Green illumination (540 nm) corresponds to a secondary hemoglobin absorption peak and enhances the sub-epithelial vases. The proposed technology consists in the development of a NBI system applicable to ECs using different blue and green LEDs (Light Emitting Diodes) as light sources and implementing thinfilm optical filters to achieve the desired spectral band. These filters were fabricated by RF magnetron sputtering, a physical vapor deposition technique. The selected dielectric materials, titanium dioxide (TiO2) and silicon dioxide (SiO2), were used to fabricate Fabry-Perot filters, which are composed by two parallel mirrors (dielectric multilayer mirror) separated by a resonance cavity. The resonance cavity thickness controls the transmitted wavelength to the spectral band needed in the NBI illumination. The best result was accomplished for the green optical filter, which has a spectral emission peak of 536 nm. The integration of this functionality (NBI technique) in ECs is promising because it will enable more accurate diagnoses. It will allow the identification of pathologies that, when observed with white light, are almost imperceptible.