Was ist optische Färbung? Das Prinzip und die Anwendung der Olympus NBI-Technologie

Die NBI (Narrow Band Imaging) Technologie, die von Olympus entwickelt wurde. Durch die Verwendung eines speziellen optischen Filters wird weißes Licht in schmalbandige Lichtwellen spezifischer Wellenlängen gefiltert, wodurch subtile vaskuläre Veränderungen auf der Schleimhautoberfläche hervorgehoben werden und ein qualitativer Sprung in der diagnostischen Genauigkeit von Krebs im Frühstadium erreicht wird.

NBI, kurz für Narrow Band Imaging, ist eine optische Bildverbesserungstechnologie. Ihr Prinzip besteht darin, einen Filter zu verwenden, um das Breitbandspektrum aus den roten, grünen und blauen Lichtwellen, die von der endoskopischen Lichtquelle emittiert werden, zu entfernen, sodass nur schmalbandige Lichtwellen mit Wellenlängen von 415 nm, 540 nm und 600 nm übrig bleiben.

Diese Lichtwellen mit spezifischen Wellenlängen haben einzigartige biologische Eigenschaften:

Durch den Farb- und Morphologiekontrast zwischen diesen beiden Schichten von Blutgefäßen (oberflächlich und tief) können Ärzte subtile Veränderungen auf der Schleimhautoberfläche klar beobachten und so frühe Läsionen erkennen, die mit herkömmlicher Weißlichtendoskopie schwer zu identifizieren sind.

Gewöhnliches Weißlicht ist wie tägliche Beleuchtung, die verschiedene Farben mischt, um das gesamte Gewebe zu beleuchten, aber Strukturen in tiefen und flachen Bereichen werden leicht verschwommen, was es schwierig macht, die Schichten zu unterscheiden.

NBI verwendet hauptsächlich zwei spezifische Lichtfarben: Blau und Grün:

① Blaues Licht hat eine kurze Wellenlänge und eine geringe Eindringtiefe, beleuchtet hauptsächlich die äußerste Schleimhaut und die Kapillaren.

② Grünes Licht hat eine etwas längere Wellenlänge und eine tiefere Eindringtiefe, die in der Lage ist, tiefere Blutgefäße zu beleuchten.

Das ist wie die Verwendung einer blauen Taschenlampe, die nur den Staub auf der Tischoberfläche klar zeigen kann, während eine grüne Taschenlampe die Dinge im Schublade beleuchten kann. Durch den Wechsel zwischen diesen beiden Lichtarten ermöglicht NBI Ärzten, Gewebe "Schicht für Schicht" zu beobachten und sich auf die jeweilige Schicht zu konzentrieren, die sie benötigen.

Unser Blut enthält Hämoglobin (die Substanz, die das Blut rot macht), das eine Eigenschaft hat: Es hat eine starke Affinität zur Absorption von blauem und grünem Licht.

Wenn das blaue und grüne Licht von NBI auf Blutgefäße strahlt, wird das meiste Licht vom Hämoglobin in den Blutgefäßen absorbiert, sodass die Blutgefäße auf dem Bildschirm sehr dunkel erscheinen.

Im Gegensatz dazu reflektiert das umgebende Schleimhautgewebe diese Lichtwellen und sieht relativ hell aus.

Blutgefäße wirken wie "lichtabsorbierende Schwämme", die speziell diese beiden Lichtfarben absorbieren, wodurch ihre Konturen klar als dunkle Linien oder Netzwerke vor einem hellen Hintergrund "umrissen" erscheinen, die auf den ersten Blick leicht zu erkennen sind.

Die NBI-Technologie hat sich nicht über Nacht entwickelt. Im Jahr 2001 berichteten die japanischen Wissenschaftler Sano Y et al. erstmals über die Anwendung der Narrow-Band-Imaging-Technologie bei der Diagnose von Erkrankungen des Verdauungssystems.

Anschließend entwickelte die Olympus Corporation diese Technologie gemeinsam mit dem National Cancer Center East Hospital in Japan und wandte sie 2006 offiziell für die endoskopische Diagnose an.

Nach fast 20 Jahren Entwicklung wurde die NBI-Technologie kontinuierlich iteriert und verbessert. Von ihrer anfänglichen grundlegenden Bildgebungsfunktion bis hin zur heutigen Integration mit Vergrößerungsendoskopie, hochauflösender Bildgebung und anderen Technologien ist NBI zu einem wichtigen Werkzeug für die frühe Krebsdiagnose geworden.

Im September 2024 brachte Olympus sogar eine neue Kamera auf Basis der 4K Narrow Band Imaging (4K NBI) Technologie auf den Markt, die die Bildklarheit und Auflösung weiter verbessert.

NBI bietet Beobachtungen durch die Bestrahlung mit zwei schmalbandigen Wellenlängen (blaues Licht 390-445 nm und grünes Licht 530-550 nm), die leicht von Hämoglobin im Blut absorbiert werden, und hebt Kapillaren sowie mikroskopische Muster auf der Schleimhautoberfläche hervor. Während das krebserregende Gewebe versucht, sich auszudehnen, indem es Blutgefäße erweitert, um Nährstoffe aufzunehmen, bildet die Schleimhautoberfläche komplexe Muster mit erhöhten Kapillaren, während der Krebs fortschreitet. Daher hilft die Verwendung von NBI bei der frühen Erkennung von Krebs und der anschließenden Beurteilung der Eigenschaften von Krebs.

① Erkennung und Lokalisierung

Ärzte können aus mittleren und langen Entfernungen beobachten, um verdächtige Läsionen schnell zu erkennen und die Grenzen der Läsionen klar zu bestimmen.

② Differenzierung und Diagnose

Durch die Beobachtung der Form von Blutgefäßen und der Morphologie der Drüsenöffnungen im Läsionsbereich unter NBI können Ärzte die Natur des Tumors (gutartig oder bösartig, Früh- oder Spätstadium) analysieren und beurteilen.

NBI ist eine Alternative zu chemischen Färbemitteln.

Traditionelle chemische Färbung (wie Indigo-Karmin) und NBI können ähnliche visuelle Effekte erzielen, aber NBI erfordert kein Sprühen von Farbstoffen, was die Durchführung bequemer und nicht-invasiv macht.

Die NBI-Technologie wird am häufigsten zur Screening und Diagnose von Läsionen eingesetzt, die hauptsächlich im oberen Verdauungstrakt und Atemwegstrakt konzentriert sind: