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使用超薄内窥镜进行显微组织成像的未来

2022-10-12 16:57| 发布者: 光执事| 查看: 466| 评论: 0

摘要: 显微镜是医学诊断的主力。组织病理学是最重要的医学领域之一,它涉及使用显微镜检查组织样本由于疾病而经常发生的微小变化。组织病理学工作不仅作为一种诊断工具至关重要,而且对于了解一些疾病的起源以研究潜在的治 ...

  显微镜是医学诊断的主力。组织病理学是最重要的医学领域之一,它涉及使用显微镜检查组织样本由于疾病而经常发生的微小变化。组织病理学工作不仅作为一种诊断工具至关重要,而且对于了解一些疾病的起源以研究潜在的治疗方法也是必不可少的1


内窥镜检查

图片来源:Roman Zaiets/Shutterstock.com


广泛的显微方法用于组织的显微成像,包括拉曼、光学和红外显微镜2-4

  一些显微镜方法,如拉曼和红外显微镜,有助于恢复有关存在的化学物质的信息,为诊断增加了额外的维度。其他的,如光学显微镜,可以相对简单地使用,这在繁忙的医院实验室环境中是必不可少的,样本周转率很高。


  选择成像方法时的考虑因素包括哪些标记物被认为是疾病特异性的,例如,细胞水平上由疾病引起的变化是否足够独特,可以进行可靠的鉴定,或者是否需要有关生物标记物种类的额外化学信息。


  其他考虑因素是可用组织样本的数量及其质量。样品在储存条件差的情况下会降解,使它们更难用于可靠的诊断5


  鉴于获取组织样本的活组织检查有时会很痛苦并且有其自身的临床风险,最近有一些发展将显微镜方法从实验室环境转移到体内测量,在这种情况下直接对患者进行测量。


  使用体内方法有许多潜在优势,包括实时更新患者状态的能力,例如检查手术期间是否已切除所有癌组织6


什么是内窥镜检查?

  进行组织病理学活检的原因之一是需要手术干预才能到达肿瘤或疾病的部位。改善手术结果的一项重大进展是腹腔镜技术的发展,有时也称为锁孔技术7


  在进行腹腔镜手术时,手术团队需要在手术时将患者身体内部可视化。为此,使用了称为内窥镜的设备。


  标准内窥镜是一种细管状装置,带有强光,末端有一个摄像头。它被插入感兴趣的部位,在那里它照亮组织并通过局部区域的光缆将图像传输到外科医生可以在手术期间监控的摄像机。


  内窥镜只需要小切口,本身就用作手术辅助工具和诊断工具8。大多数内窥镜使用可见光源和摄像头,但也可以使用其他光源和显微镜技术。

  最近的工作表明,使用一种称为无透镜傅里叶全息成像的方法,可以使用灵活的超薄全息内窥镜对组织进行显微成像9


全息成像

  全息实验涉及从检测到的信号重建波前。随着数字全息方法的出现,这通常由计算机通过算法执行,其中重建信号的强度和相位信息。


  用于内窥镜检查的全息方法的一个优点是它们不需要透镜来实现与标准透射或基于荧光的光学方法一样的精确空间分辨率。


  镜片通常体积庞大,而内窥镜中的光纤束需要尽可能小以最大程度地减少患者的不适,但并不总是实用的。使用光纤束来提高光收集效率是不可取的,因为这会增加探测仪器的体积。


  使用全息内窥镜,可以实现 0.85 μm 14 μm 的横向和轴向空间分辨率,纤维束直径小于 < 350 μm9该团队还表示,进一步减小捆绑包大小将非常简单。


内窥镜技术的未来可能性

  与通常需要对样品进行染色或预处理的基于实验室的光学显微镜方法相比,内窥镜设计具有优势,因为不需要为成像准备组织。

该团队在图像中实现了非常高的对比度,从而更容易识别物体。


  进一步的改进包括使执行图像处理的算法更有效,以帮助减少图像中的运动伪影。


  使用的内窥镜也很灵活,更容易插入。由于新内窥镜的大小与针灸针相当,它还可以插入肺部微小气道等区域,甚至可能插入大脑。


  通过对该设备的改进,该团队还建议可以将其用于基于光的医学治疗,其中将激光脉冲沿光纤发送以照射体内肿瘤或使用光来光激活特定的药物化合物。

参考文献和延伸阅读

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Ladekarl, M. (1994). The influence of tissue processing on quantitative histopathology in breast cancer. Journal of Microscopy, 174, 93–100. https://doi.org/10.1111/j.1365-2818.1994.tb03453.x

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