在癌症治疗中实现实时光显微镜的无线图像传感器

科学领域:

• 生物医学工程 生物医学工程
• 显微镜的使用方法
• 植入式设备 植入式设备

背景情况:

• 获取组织中的生物信息对于诊断和治疗癌症等疾病至关重要.
• 目前的临床成像技术缺乏连续成像能力和深层组织分析的无线兼容性.
• 需要先进的成像解决方案来检测组织深处的细胞群.

研究的目的:

• 为了展示一个新的毫米尺寸,超声波驱动的,无镜头的CMOS图像传感器.
• 为了证明它在无线光显微镜和组织内生物信息获取方面的潜力.
• 改进在癌症治疗中的应用,深入组织中的多细胞集群的持续检测.

主要方法:

• 使用TSMC0.18μm技术制造2.4×4.7mm2的集成电路 (IC).
• 集成微激光二极管 (μLD),用于超声波能量采集的压陶和离芯片存储电容器.
• 开发一个36×40像素阵列,配有电容式跨阻抗放大器,无线电源管理,超声通信和由有限状态机器控制的激光驱动器.

主要成果:

• 该系统从2厘米深的声波中收集能量为IC提供动力,并通过超声波反射 (11.5 kbits/frame) 实现数据传输.
• 在成像过程中,一个离芯片电容器储存了用于高功率 (78mW) μLD 的能量.
• 概念验证成像证明了在老鼠淋巴结中体外检测到CD8T细胞,与光显微镜相一致.
• 通过在32ms曝光时间的美国空军分辨率目标上检测140μm特征来验证系统性能.

结论:

• 开发的超声波驱动的无镜头CMOS图像传感器代表了无线光显微镜的重大进步.
• 该平台有望改善组织内生物信息获取,帮助癌症诊断和治疗.
• 这项技术有可能在组织深处持续监测细胞活动,克服当前成像方法的局限性.