Kiitos vierailustasi Nature.comissa.Käytät selainversiota, jossa on rajoitettu CSS-tuki.Parhaan kokemuksen saamiseksi suosittelemme käyttämään päivitettyä selainta (tai poistamaan Yhteensopivuustila käytöstä Internet Explorerissa).Lisäksi jatkuvan tuen varmistamiseksi näytämme sivuston ilman tyylejä ja JavaScriptiä.
Näyttää kolmen dian karusellin kerralla.Käytä Edellinen- ja Seuraava-painikkeita siirtyäksesi kolmen dian läpi kerrallaan tai käytä lopussa olevia liukusäädinpainikkeita siirtyäksesi kolmen dian läpi kerrallaan.
Konfokaalinen laserendoskopia on uusi menetelmä reaaliaikaiseen optiseen biopsiaan.Histologisesti laadukkaita fluoresoivia kuvia voidaan saada välittömästi onttojen elinten epiteelistä.Tällä hetkellä skannaus suoritetaan proksimaalisesti anturipohjaisilla instrumenteilla, joita käytetään yleisesti kliinisessä käytännössä, ja tarkennuksen ohjauksessa on rajoitettu joustavuus.Esittelemme endoskoopin distaaliseen päähän asennetun parametrisen resonanssiskannerin käyttöä nopean sivuttaispoikkeutuksen suorittamiseen.Heijastimen keskelle on kaiverrettu reikä valopolun rullaamiseksi.Tämä muotoilu pienentää instrumentin koon halkaisijaltaan 2,4 mm:iin ja 10 mm:iin, mikä mahdollistaa sen kuljettamisen eteenpäin standardien lääketieteellisten endoskooppien työkanavan kautta.Kompakti objektiivi tarjoaa lateraalisen ja aksiaalisen resoluution 1,1 ja 13,6 µm.0 µm:n työskentelyetäisyys ja 250 µm × 250 µm:n näkökenttä saavutetaan 20 Hz:n kuvataajuudella.Viritys 488 nm:ssä herättää fluoreseiinia, FDA:n hyväksymää väriainetta korkeaan kudoskontrastiin.Endoskooppeja on käsitelty uudelleen 18 syklin ajan ilman vikaa käyttämällä kliinisesti hyväksyttyjä sterilointimenetelmiä.Fluoresoivat kuvat saatiin normaalista paksusuolen limakalvosta, tubulaarisista adenoomista, hyperplastisista polyypeistä, haavaisesta paksusuolitulehduksesta ja Crohnin paksusuolentulehduksesta rutiininomaisen kolonoskopian aikana.Yksittäisiä soluja voidaan tunnistaa, mukaan lukien kolonosyytit, pikarisolut ja tulehdussolut.Limakalvon piirteet, kuten kryptarakenteet, kryptontelot ja lamina propria, voidaan erottaa.Laitetta voidaan käyttää tavanomaisen endoskopian lisänä.
Konfokaalinen laserendoskopia on uusi kuvantamismenetelmä, jota kehitetään kliiniseen käyttöön rutiininomaisen endoskopian lisänä1,2,3.Näitä joustavia, kuituoptisesti kytkettyjä instrumentteja voidaan käyttää sairauksien havaitsemiseen onttoja elimiä, kuten paksusuolea, ympäröivistä epiteelisoluista.Tämä ohut kudoskerros on erittäin metabolisesti aktiivinen ja on monien sairausprosessien, kuten syövän, infektioiden ja tulehduksen, lähde.Endoskopialla voidaan saavuttaa subsellulaarinen resoluutio ja tarjota reaaliaikaisia, lähes histologisia laadukkaita in vivo -kuvia, jotka auttavat kliinisiä päätöksiä.Fyysinen kudosbiopsia sisältää verenvuodon ja perforaation riskin.Biopsianäytteitä otetaan usein liian monta tai liian vähän.Jokainen poistettu näyte lisää leikkauskustannuksia.Patologin näytteen arviointi kestää useita päiviä.Patologian tuloksia odottavien päivien aikana potilaat kokevat usein ahdistusta.Sitä vastoin muilta kliinisiltä kuvantamismenetelmiltä, ​​kuten MRI, CT, PET, SPECT ja ultraääni, puuttuu spatiaalinen resoluutio ja ajallinen nopeus, joita tarvitaan epiteelin prosessien visualisoimiseen in vivo reaaliaikaisella, solunvälisellä resoluutiolla.
Anturipohjaista instrumenttia (Cellvizio) käytetään nykyään yleisesti klinikoilla "optisen biopsian" suorittamiseen.Suunnittelu perustuu spatiaalisesti koherentiin valokuitunippuun4, joka kerää ja lähettää fluoresoivia kuvia.Yksikuituydin toimii "reikänä", joka suodattaa tilallisesti epätarkennetun valon solunvälistä resoluutiota varten.Skannaus suoritetaan proksimaalisesti käyttämällä suurta, tilaa vievää galvanometriä.Tämä säännös rajoittaa tarkennuksen ohjaustyökalun kykyä.Varhaisen epiteelisyövän asianmukainen vaiheistus edellyttää visualisointia kudoksen pinnan alle invaasion arvioimiseksi ja sopivan hoidon määrittämiseksi.Fluoreskeiiniä, FDA:n hyväksymää varjoainetta, annetaan suonensisäisesti epiteelin rakenteellisten piirteiden korostamiseksi. Näiden endomikroskooppien halkaisija on alle 2,4 mm, ja ne voidaan kuljettaa helposti eteenpäin standardien lääketieteellisten endoskooppien biopsiakanavan kautta. Näiden endomikroskooppien halkaisija on alle 2,4 mm, ja ne voidaan kuljettaa helposti eteenpäin standardien lääketieteellisten endoskooppien biopsiakanavan kautta. Эти эндомикроскопы имеют размеры <2,4 мм в диаметре и могут быть легко проведены через биопсийтный ка эндоскопов. Nämä endomikroskoopit ovat halkaisijaltaan <2,4 mm, ja ne voidaan kuljettaa helposti tavallisten lääketieteellisten endoskooppien biopsiakanavan läpi.Nämä boreskoopit ovat halkaisijaltaan alle 2,4 mm ja kulkevat helposti tavallisten lääketieteellisten boreskooppien biopsiakanavan läpi.Tämä joustavuus mahdollistaa laajan valikoiman kliinisiä sovelluksia ja on riippumaton endoskoopin valmistajista.Tällä kuvantamislaitteella on tehty lukuisia kliinisiä tutkimuksia, mukaan lukien ruokatorven, mahan, paksusuolen ja suuontelon syöpien varhainen havaitseminen.Kuvausprotokollat ​​on kehitetty ja toimenpiteen turvallisuus on varmistettu.
Mikroelektromekaaniset järjestelmät (MEMS) on tehokas tekniikka, jolla voidaan suunnitella ja valmistaa pieniä skannausmekanismeja, joita käytetään endoskooppien distaalisessa päässä.Tämä asento (suhteessa proksimaaliseen) mahdollistaa suuremman joustavuuden tarkennusasennon hallinnassa5,6.Sivuttaispoikkeutuksen lisäksi distaalinen mekanismi voi suorittaa myös aksiaaliskannauksia, objektiivin jälkeisiä skannauksia ja suorasaantiskannauksia.Nämä ominaisuudet mahdollistavat kattavamman epiteelisolututkimuksen, mukaan lukien pystysuoran poikkileikkauksen kuvantamisen7, suuren näkökentän (FOV)8 poikkeamattoman skannauksen ja paremman suorituskyvyn käyttäjän määrittämillä osa-alueilla9.MEMS ratkaisee skannausmoottorin pakkaamiseen liittyvän vakavan ongelman instrumentin toisessa päässä olevan rajallisen tilan ansiosta.Suuriin galvanometreihin verrattuna MEMS tarjoaa erinomaisen suorituskyvyn pienessä koossa, suurella nopeudella ja alhaisella virrankulutuksella.Yksinkertainen valmistusprosessi voidaan skaalata massatuotantoon alhaisin kustannuksin.Useista MEMS-malleista on raportoitu aiemmin10, 11, 12.Mitään teknologioista ei ole vielä kehitetty riittävästi mahdollistamaan reaaliaikaisen in vivo -kuvauksen laajan kliinisen käytön lääketieteellisen endoskoopin työkanavan kautta.Tässä pyrimme demonstroimaan MEMS-skannerin käyttöä endoskoopin distaalisessa päässä ihmisen in vivo -kuvan ottamiseksi rutiininomaisen kliinisen endoskopian aikana.
Kuituoptinen instrumentti kehitettiin käyttämällä MEMS-skanneria distaalipäässä reaaliaikaisten in vivo -fluoresoivien kuvien keräämiseksi, joilla on samanlaiset histologiset ominaisuudet.Yksimuotokuitu (SMF) suljetaan taipuisaan polymeeriputkeen ja viritetään aallonpituudella λex = 488 nm.Tämä konfiguraatio lyhentää distaalisen kärjen pituutta ja mahdollistaa sen ohjaamisen eteenpäin standardien lääketieteellisten endoskooppien työkanavan kautta.Käytä kärkeä optiikan keskittämiseen.Nämä linssit on suunniteltu saavuttamaan lähes diffraktiivinen aksiaalinen resoluutio numeerisella aukolla (NA) = 0,41 ja työskentelyetäisyydellä = 0 µm13.Tarkat välilevyt on tehty optiikan 14 kohdistamiseksi tarkasti. Skanneri on pakattu endoskooppiin, jossa on jäykkä distaalinen kärki, jonka halkaisija on 2,4 mm ja pituus 10 mm (kuva 1a).Nämä mitat mahdollistavat sen käytön kliinisessä käytännössä lisävarusteena endoskopian aikana (kuva 1b).Kudokseen kohdistuvan laserin maksimiteho oli 2 mW.
Konfokaalinen laserendoskopia (CLE) ja MEMS-skannerit.Valokuvassa (a) pakattu instrumentti, jonka jäykän distaalisen kärjen mitat ovat halkaisijaltaan 2,4 mm ja pituus 10 mm, ja (b) suora kulku tavallisen lääketieteellisen endoskoopin (Olympus CF-HQ190L) työkanavan läpi.(c) Skannerin edestä katsottuna heijastin, jonka keskiaukko on 50 µm ja jonka läpi virityssäde kulkee.Skanneri on asennettu kardaaniin, jota käyttävät kvadratuurikampakäyttölaitteet.Laitteen resonanssitaajuus määräytyy vääntöjousen koon mukaan.(d) Skannerin sivukuva, jossa skanneri on asennettu telineeseen ja johdot on kytketty elektrodiankkureihin, jotka tarjoavat liitäntäpisteitä taajuusmuuttaja- ja tehosignaaleille.
Skannausmekanismi koostuu kardaaniin kiinnitetystä heijastimesta, jota käyttää joukko kampakäyttöisiä kvadratuuritoimilaitteita, jotka ohjaavat säteen sivusuunnassa (XY-taso) Lissajous-kuviolla (kuva 1c).Keskukseen syövytettiin halkaisijaltaan 50 um reikä, jonka läpi virityssäde kulki.Skanneria ohjataan rakenteen resonanssitaajuudella, jota voidaan virittää muuttamalla vääntöjousen mittoja.Elektrodiankkurit kaiverrettiin laitteen kehälle liitäntäpisteiden muodostamiseksi teho- ja ohjaussignaaleille (kuva 1d).
Kuvausjärjestelmä on asennettu kannettavaan kärryyn, joka voidaan rullata leikkaussaliin.Graafinen käyttöliittymä on suunniteltu tukemaan käyttäjiä, joilla on vain vähän teknistä tietämystä, kuten lääkäreitä ja sairaanhoitajia.Tarkista manuaalisesti skannerin aseman taajuus, säteen muoto ja kuvan FOV.
Endoskoopin kokonaispituus on noin 4 m, mikä mahdollistaa instrumenttien täyden kulkemisen tavallisen lääketieteellisen endoskoopin (1,68 m) työkanavan läpi, mikä lisää ohjattavuutta.Endoskoopin proksimaalisessa päässä SMF ja johdot päättyvät liittimiin, jotka yhdistetään tukiaseman kuituoptisiin ja langallisiin portteihin.Asennus sisältää laserin, suodatinyksikön, suurjännitevahvistimen ja valovahvistimen (PMT).Vahvistin toimittaa virta- ja ohjaussignaalit skannerille.Optinen suodatinyksikkö kytkee laservirityksen SMF:ään ja välittää fluoresenssin PMT:hen.
Endoskoopit käsitellään uudelleen jokaisen kliinisen toimenpiteen jälkeen käyttämällä STERRAD-sterilointiprosessia, ja ne kestävät jopa 18 sykliä ilman vikaa.OPA-liuoksella ei havaittu merkkejä vaurioista yli 10 desinfiointijakson jälkeen.OPA:n tulokset ylittivät STERRADin tulokset, mikä viittaa siihen, että endoskooppien käyttöikää voitaisiin pidentää korkean tason desinfioinnilla uudelleensteriloinnin sijaan.
Kuvan resoluutio määritettiin pistehajotusfunktiosta käyttämällä fluoresoivia helmiä, joiden halkaisija oli 0,1 μm.Sivuttaista ja aksiaalista erottelukykyä varten mitattiin täysi leveys puolimaksimissa (FWHM) 1,1 ja 13,6 um, vastaavasti (kuvat 2a, b).
Kuvavaihtoehdot.Tarkennusoptiikan lateraalista (a) ja aksiaalista (b) resoluutiota kuvaa pistehajautusfunktio (PSF), joka mitataan käyttämällä fluoresoivia mikropalloja, joiden halkaisija on 0,1 μm.Mitattu täysi leveys puolimaksimissa (FWHM) oli 1,1 ja 13,6 µm, vastaavasti.Upotettu: näytetään laajennetut näkymät yhdestä mikropallosta poikittaissuunnassa (XY) ja aksiaalisessa (XZ) suunnassa.(c) Standardista (USAF 1951) kohdeliuskasta (punainen soikea) saatu fluoresoiva kuva, joka osoittaa, että ryhmät 7-6 voidaan erottaa selvästi.(d) Kuva halkaisijaltaan 10 µm:n hajallaan olevista fluoresoivista mikropalloista, joiden kuvakenttä on kooltaan 250 µm × 250 µm.Kohdan (a, b) PSF:t rakennettiin käyttämällä MATLAB R2019a:ta (https://www.mathworks.com/).(c, d) Fluoresoivat kuvat kerättiin käyttämällä LabVIEW 2021:tä (https://www.ni.com/).
Normaaliresoluutioisten linssien fluoresoivat kuvat erottavat selvästi ryhmien 7-6 sarakkeiden joukon, mikä säilyttää korkean sivuresoluution (kuva 2c).Näkökenttä (FOV) 250 µm × 250 µm määritettiin kuvista halkaisijaltaan 10 µm:n fluoresoivista helmistä, jotka oli dispergoitu peitinlaseille (kuva 2d).
Automaattinen menetelmä PMT-vahvistuksen hallintaan ja vaiheen korjaukseen on toteutettu kliinisessä kuvantamisjärjestelmässä endoskooppien, paksusuolen peristaltiikan ja potilaan hengityksen aiheuttamien liikeartefaktien vähentämiseksi.Kuvan rekonstruktio- ja käsittelyalgoritmeja on kuvattu aiemmin14,15.PMT-vahvistusta ohjataan PI-säätimellä intensiteetin kyllästymisen estämiseksi16.Järjestelmä lukee kunkin kehyksen pikselien enimmäisintensiteetin, laskee suhteelliset ja integraalivasteet ja määrittää PMT-vahvistusarvot varmistaakseen, että pikseliintensiteetti on sallitulla alueella.
In vivo -kuvauksen aikana skannerin liikkeen ja ohjaussignaalin välinen vaiheero voi aiheuttaa kuvan epäterävyyttä.Tällaisia ​​vaikutuksia saattaa ilmetä laitteen lämpötilan muutoksista ihmiskehon sisällä.Valkoiset kuvat osoittivat, että endoskooppi oli kosketuksessa normaalin paksusuolen limakalvon kanssa in vivo (kuva 3a).Väärin kohdistuneiden pikselien epäterävyyttä voidaan nähdä normaalin paksusuolen limakalvon raakakuvissa (kuva 3b).Asianmukaisella vaihe- ja kontrastisäädöllä suoritetun käsittelyn jälkeen limakalvon subsellulaariset piirteet voitiin erottaa (kuvio 3c).Lisätietoa varten raa'at konfokaalikuvat ja käsitellyt reaaliaikaiset kuvat on esitetty kuvassa S1, ja reaaliaikaisessa ja jälkikäsittelyssä käytetyt kuvan rekonstruktioparametrit on esitetty taulukoissa S1 ja taulukoissa S2.
Kuvankäsittely.(a) Laajakulmainen endoskooppinen kuva, jossa näkyy endoskooppi (E), joka on asetettu kosketukseen normaalin (N) paksusuolen limakalvon kanssa in vivo fluoresoivien kuvien keräämiseksi fluoreseiinin antamisen jälkeen.(b) Vaeltaminen X- ja Y-akseleilla skannauksen aikana voi aiheuttaa väärin kohdistettujen pikselien epäterävyyden.Esittelytarkoituksessa alkuperäiseen kuvaan sovelletaan suurta vaihesiirtoa.(c) Jälkikäsittelyvaiheen korjauksen jälkeen limakalvon yksityiskohdat, mukaan lukien kryptarakenteet (nuolet), voidaan arvioida keskiontelolla (l), jota ympäröi lamina propria (lp).Yksittäisiä soluja voidaan erottaa, mukaan lukien kolonosyytit (c), pikarisolut (g) ja tulehdussolut (nuolet).Katso lisävideo 1. (b, c) LabVIEW 2021:llä käsitellyt kuvat.
Konfokaalisia fluoresenssikuvia on saatu in vivo useissa paksusuolen sairauksissa osoittamaan instrumentin laajaa kliinistä soveltuvuutta.Laajakulmakuvaus suoritetaan ensin käyttämällä valkoista valoa, jotta havaitaan erittäin epänormaali limakalvo.Endoskooppi viedään sitten kolonoskoopin työkanavan läpi ja saatetaan kosketukseen limakalvon kanssa.
Laaja-alainen endoskopia, konfokaalinen endomikroskopia ja histologiset (H&E) kuvat näytetään paksusuolen neoplasiasta, mukaan lukien tubulusadenoma ja hyperplastinen polyyppi. Laaja-alainen endoskopia, konfokaalinen endomikroskopia ja histologiset (H&E) kuvat näytetään paksusuolen neoplasiasta, mukaan lukien tubulusadenoma ja hyperplastinen polyyppi. Широкопольная эндоскопия, конфокальная эндомикроскопия и гистологические (H&E) чая тубулярную аденому и гиперпластический полип. Paksusuolen endoskopia, konfokaalinen endomikroskopia ja histologinen (H&E) kuvantaminen on tarkoitettu paksusuolen neoplasiaan, mukaan lukien tubulaarinen adenooma ja hyperplastinen polyyppi.显示结肠肿瘤（包括管状腺瘤和增生性息肉）的广角内窥镜磀查、兦辚焥、兦辚焥组织学(H&E) 图像.共设计脚肠化(图像管状躰化和增生性息肉)的广角内刵霱录共咠巨巨哮徕果学(H&E) kuva. Широкопольная эндоскопия, конфокальная микроэндоскопия и гистологические (H&E) изображения, показывающие, показывающие чая тубулярные аденомы и гиперпластические полипы. Laaja-alainen endoskopia, konfokaalinen mikroendoskopia ja histologiset (H&E) kuvat, joissa näkyy paksusuolen kasvaimia, mukaan lukien tubulaariset adenoomat ja hyperplastiset polyypit.Tubulaariset adenoomat osoittivat normaalin krypta-arkkitehtuurin menetystä, pikarisolujen koon pienenemistä, kryptan luumenin vääristymistä ja lamina proprian paksuuntumista (kuvio 4a-c).Hyperplastiset polyypit osoittivat kryptaattiarkkitehtuuria, muutamia pikarisoluja, rakojen kaltaisia ​​kryptien luumeneja ja epäsäännöllisiä lamellaarisia kryptejä (kuvio 4d-f).
Kuva limakalvon paksusta ihosta in vivo. Edustavia valkoisen valon endoskopia-, konfokaali-endomikroskopia- ja histologisia (H&E) kuvia näytetään (ac) adenooman, (df) hyperplastisen polyypin, (gi) haavaisen paksusuolitulehduksen ja (jl) Crohnin paksusuolentulehduksen osalta. Edustavia valkoisen valon endoskopia-, konfokaali-endomikroskopia- ja histologisia (H&E) kuvia näytetään (ac) adenooman, (df) hyperplastisen polyypin, (gi) haavaisen paksusuolitulehduksen ja (jl) Crohnin paksusuolentulehduksen osalta. Типичные изображения эндоскопии в белом свете, конфокального эндомикроскопа и гистологии (H&E) показаланы) стического полипа, (gi) язвенного колита и (jl) колита Крона. Tyypillisiä valkoisen valon endoskopia-, konfokaaliendomikroskopia- ja histologisia (H&E) kuvia näytetään (ac) adenooman, (df) hyperplastisen polyypin, (gi) haavaisen paksusuolitulehduksen ja (jl) Crohnin paksusuolentulehduksen osalta.显示了(ac) 腺瘤、(df) 增生性息肉、(gi) 溃疡性结肠炎和(jl) 克罗恩结肠癡剪急䆧畡皟检查、共聚焦内窥镜检查和组织学( H&E) 图像. Se näyttää(ac) 躰真、(df) 增生性息肉、(gi) 苏盖性红肠炎和(jl) 克罗恩红肠炎的䧓肀栀傧共公司内肠肠炎性和电视学( H&E ) kuva. Представлены репрезентативные эндоскопия в белом свете, конфокальная эндоскопия и гистология (ac) адентативные аделомфеномы, оза, (gi) язвенного колита и (jl) колита Крона (H&E). Kuvassa on (ac) adenooman, (df) hyperplastisen polypoosin, (gi) haavaisen paksusuolitulehduksen ja (jl) Crohnin paksusuolentulehduksen (H&E) edustava valkoisen valon endoskopia, konfokaalinen endoskopia ja histologia.(B) esittää konfokaalista kuvaa, joka on saatu in vivo tubulaarisesta adenoomasta (TA) käyttämällä endoskooppia (E).Tämä syöpää edeltävä vaurio osoittaa normaalin krypta-arkkitehtuurin menetystä (nuoli), krypton luumenin vääristymistä (l) ja kryptan lamina proprian (lp) ahtautumista.Kolonosyytit (c), pikarisolut (g) ja tulehdussolut (nuolet) voidaan myös tunnistaa.Smt.Täydentävä video 2. (e) näyttää konfokaalisen kuvan, joka on saatu hyperplastisesta polyypistä (HP) in vivo.Tämä hyvänlaatuinen leesio osoittaa tähtikuvioisen kryptarkkitehtuurin (nuoli), rakomaisen kryptonontelon (l) ja epäsäännöllisen muotoisen lamina proprian (lp).Kolonosyytit (c), useita pikarisoluja (g) ja tulehdussoluja (nuolet) voidaan myös tunnistaa.Smt.Täydentävä video 3. (h) näyttää konfokaalisia kuvia, jotka on saatu haavaisesta paksusuolentulehduksesta (UC) in vivo.Tässä tulehduksellisessa tilassa on vääristynyt kryptarkkitehtuuri (nuoli) ja näkyvät pikarisolut (g).Fluoreseiinin höyhenet (f) puristetaan epiteelisoluista, mikä heijastaa lisääntynyttä verisuonten läpäisevyyttä.Lukuisia tulehduksellisia soluja (nuolet) nähdään lamina propriassa (lp).Smt.Täydentävä video 4. (k) näyttää konfokaalisen kuvan, joka on saatu in vivo Crohnin paksusuolentulehduksen (CC) alueelta.Tässä tulehduksellisessa tilassa on vääristynyt kryptarkkitehtuuri (nuoli) ja näkyvät pikarisolut (g).Fluoreseiinin höyhenet (f) puristetaan epiteelisoluista, mikä heijastaa lisääntynyttä verisuonten läpäisevyyttä.Lukuisia tulehduksellisia soluja (nuolet) nähdään lamina propriassa (lp).Smt.Täydentävä video 5. (b, d, h, l) LabVIEW 2021:llä käsiteltyjä kuvia.
Näytetään samanlainen kuvasarja paksusuolen tulehduksesta, mukaan lukien haavainen paksusuolentulehdus (UC) (kuva 4g-i) ja Crohnin paksusuolentulehdus (kuva 4j-l).Tulehdukselliselle vasteelle uskotaan olevan tunnusomaista vääristyneet kryptarakenteet, joissa on ulkonevia pikarisoluja.Fluoreseiini puristetaan ulos epiteelisoluista, mikä heijastaa lisääntynyttä verisuonten läpäisevyyttä.Lamina propriassa voidaan nähdä suuri määrä tulehdussoluja.
Olemme osoittaneet joustavan kuituliitetyn konfokaalisen laserendoskoopin kliinisen sovelluksen, joka käyttää distaalisesti sijoitettua MEMS-skanneria in vivo -kuvien ottamiseen.Resonanssitaajuudella jopa 20 Hz:n kuvataajuudet voidaan saavuttaa käyttämällä suuritiheyksistä Lissajous-skannaustilaa liikeartefaktien vähentämiseksi.Optinen reitti on taitettu, jotta saadaan aikaan säteen laajeneminen ja numeerinen aukko, joka riittää saavuttamaan 1,1 µm:n lateraalisen resoluution.Histologisen laadun fluoresoivia kuvia saatiin normaalin paksusuolen limakalvon, tubulaaristen adenoomien, hyperplastisten polyyppien, haavaisen paksusuolitulehduksen ja Crohnin paksusuolentulehduksen rutiininomaisen kolonoskopian aikana.Yksittäisiä soluja voidaan tunnistaa, mukaan lukien kolonosyytit, pikarisolut ja tulehdussolut.Limakalvon piirteet, kuten kryptarakenteet, kryptontelot ja lamina propria, voidaan erottaa.Tarkkuuslaitteisto on mikrokoneistettu, jotta varmistetaan yksittäisten optisten ja mekaanisten komponenttien tarkka kohdistus halkaisijaltaan 2,4 mm x 10 mm pitkässä instrumentissa.Optinen rakenne vähentää jäykän distaalisen kärjen pituutta riittävästi mahdollistaakseen suoran kulkemisen standardikokoisen (halkaisijaltaan 3,2 mm) työkanavan läpi lääketieteellisissä endoskoopeissa.Siksi, valmistajasta riippumatta, asuinpaikan lääkärit voivat käyttää laitetta laajasti.Viritys suoritettiin aallonpituudella λex = 488 nm fluoreseiinin, FDA:n hyväksymän väriaineen, virittämiseksi suuren kontrastin saamiseksi.Instrumenttia käsiteltiin ilman ongelmia 18 syklin ajan käyttämällä kliinisesti hyväksyttyjä sterilointimenetelmiä.
Kaksi muuta instrumenttimallia on kliinisesti validoitu.Cellvizio (Mauna Kea Technologies) on anturipohjainen konfokaalinen laserendoskooppi (pCLE), joka käyttää nippua monimuotoisia koherentteja kuituoptisia kaapeleita keräämään ja lähettämään fluoresenssikuvia1.Tukiasemassa sijaitseva galvo-peili suorittaa lateraalisen skannauksen proksimaalisessa päässä.Optiset osat kerätään vaakatasossa (XY) syvyydellä 0-70 µm.Mikroanturisarjoja on saatavana halkaisijaltaan 0,91 (19 G neula) - 5 mm.Sivuttainen erotuskyky 1 - 3,5 µm saavutettiin.Kuvia kerättiin 9-12 Hz:n kehystaajuudella yksiulotteisella näkökentällä 240-600 µm.Alustaa on käytetty kliinisesti useilla alueilla, mukaan lukien sappitiehyissä, rakossa, paksusuolessa, ruokatorvessa, keuhkoissa ja haimassa.Optiscan Pty Ltd on kehittänyt endoskooppipohjaisen konfokaalisen laserendoskoopin (eCLE), jonka skannausmoottori on sisäänrakennettu ammattimaisen endoskoopin (EC-3870K, Pentax Precision Instruments) 17 asennusputkeen (distaalipäähän).Optinen osa suoritettiin käyttämällä yksimuotokuitua, ja sivuskannaus suoritettiin käyttämällä ulokemekanismia resonoivan äänihaarukan läpi.Shape Memory Alloy (Nitinol) -toimilaitetta käytetään aksiaalisen siirtymän luomiseen.Konfokaalimoduulin kokonaishalkaisija on 5 mm.Tarkennukseen käytetään GRIN-objektiivia, jonka numeerinen aukko on NA = 0,6.Vaakasuuntaiset kuvat otettiin lateraalisilla ja aksiaalisilla resoluutioilla 0,7 ja 7 µm, vastaavasti 0,8–1,6 Hz:n kehystaajuudella ja 500 µm × 500 µm:n näkökentällä.
Esitämme subsellulaarisen resoluution in vivo fluoresenssikuvauksen saamista ihmiskehosta lääketieteellisen endoskoopin kautta käyttämällä distaalipään MEMS-skanneria.Fluoresenssi tarjoaa korkean kuvan kontrastin, ja ligandit, jotka sitoutuvat solun pintakohteisiin, voidaan leimata fluoroforeilla molekyyli-identiteetin aikaansaamiseksi sairauden diagnosoinnin parantamiseksi18.Myös muita optisia tekniikoita in vivo -mikroendoskopiaan kehitetään. OCT käyttää laajakaistaisen valonlähteen lyhyttä koherenssipituutta kerätäkseen kuvia pystytasosta, jonka syvyys on > 1 mm19. OCT käyttää laajakaistaisen valonlähteen lyhyttä koherenssipituutta kerätäkseen kuvia pystytasosta, jonka syvyys on > 1 mm19. ОКТ использует короткую длину когерентности широкополосного источника света для сбора изображений в верткую длину когерентности источника света для сбора изображений в верткую 19. OCT käyttää laajakaistaisen valonlähteen lyhyttä koherenssipituutta pystytasossa olevien kuvien saamiseksi, joiden syvyys on >1 mm19. OCT 使用宽带光源的短相干长度来收集垂直平面中深度> 1 mm19 的图像.1 mm19 的图像. ОКТ использует короткую длину когерентности широкополосного источника света для сбора изолвражений на глубир19 сти. OCT käyttää laajakaistaisen valonlähteen lyhyttä koherenssipituutta saadakseen kuvia > 1 mm19 pystytasosta.Tämä vähäkontrastinen lähestymistapa perustuu kuitenkin takaisinsironneen valon keräämiseen ja kuvan resoluutiota rajoittavat pilkkuartefaktit.Fotoakustinen endoskopia tuottaa in vivo -kuvia, jotka perustuvat kudoksen nopeaan termoelastiseen laajenemiseen ääniaaltoja synnyttävän laserpulssin absorption jälkeen20. Tämä lähestymistapa on osoittanut kuvantamissyvyyden >1 cm ihmisen paksusuolessa in vivo hoidon seuraamiseksi. Tämä lähestymistapa on osoittanut kuvantamissyvyyden >1 cm ihmisen paksusuolessa in vivo hoidon seuraamiseksi. Этот подход продемонстрировал глубину визуализации > 1 см в толстой кишке человека in vivo для мониторипинга т. Tämä lähestymistapa on osoittanut kuvantamissyvyyden >1 cm ihmisen paksusuolessa in vivo hoidon seurantaa varten.这种方法已经证明在体内人结肠中成像深度> 1 厘米以监测治疗.这种方法已经证明在体内人结肠中成像深度> 1 Этот подход был продемонстрирован на глубине изображения > 1 см в толстой кишке человека in vivo для монитерапга. Tämä lähestymistapa on osoitettu kuvantamissyvyyksillä >1 cm ihmisen paksusuolessa in vivo hoidon seuraamiseksi.Kontrastin tuottaa pääasiassa verisuoniston hemoglobiini.Monifotonen endoskopia tuottaa suurikontrastisia fluoresenssikuvia, kun kaksi tai useampi NIR-fotoni osuu kudoksen biomolekyyleihin samanaikaisesti21. Tällä lähestymistavalla voidaan saavuttaa kuvantamissyvyydet > 1 mm alhaisella fototoksisuudesta. Tällä lähestymistavalla voidaan saavuttaa kuvantamissyvyydet > 1 mm alhaisella fototoksisuudesta. Этот подход может обеспечить глубину изображения > 1 мм с низкой фототоксичностью. Tämä lähestymistapa voi tarjota kuvan syvyyden > 1 mm alhaisella valomyrkyllisyydellä.这种方法可以实现>1 毫米的成像深度，光毒性低.这种方法可以实现>1 毫米的成像深度，光毒性低. Этот подход может обеспечить глубину изображения > 1 мм с низкой фототоксичностью. Tämä lähestymistapa voi tarjota kuvan syvyyden > 1 mm alhaisella valomyrkyllisyydellä.Vaaditaan korkean intensiteetin femtosekunnin laserpulsseja, eikä tätä menetelmää ole kliinisesti todistettu endoskopian aikana.
Tässä prototyypissä skanneri suorittaa vain sivuttaispoikkeutuksen, joten optinen osa on vaakatasossa (XY).Laite pystyy toimimaan suuremmalla kuvanopeudella (20 Hz) kuin Cellvizio-järjestelmän galvaaniset peilit (12 Hz).Lisää kuvanopeutta vähentääksesi liikeartefakteja ja pienennä kuvanopeutta signaalin tehostamiseksi.Nopeita ja automatisoituja algoritmeja tarvitaan lieventämään endoskooppisen liikkeen, hengitysliikkeen ja suoliston motiliteettien aiheuttamia suuria liikeartefakteja.Parametristen resonanssiskannerien on osoitettu saavuttavan yli satojen mikrometrien aksiaaliset siirtymät22. Kuvia voidaan kerätä pystytasossa (XZ), kohtisuorassa limakalvon pintaan nähden, jotta saadaan sama näkymä kuin histologiassa (H&E). Kuvia voidaan kerätä pystytasossa (XZ), kohtisuorassa limakalvon pintaan nähden, jotta saadaan sama näkymä kuin histologiassa (H&E). Изображения могут быть получены в вертикальной плоскости (XZ), перпендикулярной поверхности слизистой, слизистой, такое же изображение, как при гистологии (H&E). Kuvia voidaan ottaa pystytasossa (XZ), joka on kohtisuorassa limakalvon pintaan nähden, jotta saadaan sama kuva kuin histologiassa (H&E).可以在垂直于粘膜表面的垂直平面(XZ) 中收集图像，以提供与组织学(H&E)可以在垂直于粘膜表面的垂直平面(XZ) 中收集图像，以提供与组织学(H&E) Изображения могут быть получены в вертикальной плоскости (XZ), перпендикулярной поверхности слизистой, слизистой, такое же изображение, как при гистологическом исследовании (H&E). Kuvia voidaan ottaa pystytasossa (XZ), joka on kohtisuorassa limakalvon pintaan nähden, jotta saadaan sama kuva kuin histologisessa tutkimuksessa (H&E).Skanneri voidaan sijoittaa objektiivin jälkeiseen asentoon, jossa valonsäde putoaa pitkin optista pääakselia, mikä vähentää herkkyyttä poikkeamille8.Lähes diffraktiolla rajoitetut polttovälit voivat poiketa mielivaltaisen suurilla näkökentillä.Random access -skannaus voidaan suorittaa heijastimien kääntämiseksi käyttäjän määrittämiin paikkoihin9.Näkökenttää voidaan pienentää kuvan mielivaltaisten alueiden korostamiseksi, mikä parantaa signaali-kohinasuhdetta, kontrastia ja kuvanopeutta.Skannerit voidaan valmistaa massatuotantona yksinkertaisilla prosesseilla.Jokaiselle piikiekolle voidaan valmistaa satoja laitteita tuotannon lisäämiseksi edulliseen massatuotantoon ja laajaan jakeluun.
Taitettu valopolku pienentää jäykän distaalisen kärjen kokoa, mikä tekee endoskoopin käyttämisestä lisävarusteena rutiininomaisen kolonoskopian aikana.Näytetyissä fluoresoivissa kuvissa voidaan nähdä limakalvon subsellulaariset piirteet erottamaan tubulaariset adenoomat (esisyöpä) hyperplastisista polyypeistä (hyvänlaatuiset).Nämä tulokset viittaavat siihen, että endoskopia voi vähentää tarpeettomien biopsioiden määrää23.Leikkaukseen liittyviä yleisiä komplikaatioita voidaan vähentää, seurantavälit voidaan optimoida ja pienten leesioiden histologinen analyysi voidaan minimoida.Näytämme myös in vivo -kuvia potilaista, joilla on tulehduksellinen suolistosairaus, mukaan lukien haavainen paksusuolitulehdus (UC) ja Crohnin paksusuolitulehdus.Perinteinen valkoisen valon kolonoskopia tarjoaa makroskooppisen kuvan limakalvon pinnasta ja rajallinen kyky arvioida tarkasti limakalvon paranemista.Endoskopiaa voidaan käyttää in vivo biologisten hoitojen, kuten anti-TNF24-vasta-aineiden, tehokkuuden arvioimiseen.Tarkka in vivo -arviointi voi myös vähentää tai estää taudin uusiutumista ja komplikaatioita, kuten leikkausta, ja parantaa elämänlaatua.Vakavia haittavaikutuksia ei ole raportoitu kliinisissä tutkimuksissa, jotka liittyvät fluoreseiinia sisältävien endoskooppien käyttöön in vivo25. Laserteho limakalvon pinnalla rajoitettiin alle 2 mW:iin lämpövaurioriskin minimoimiseksi ja FDA:n ei-merkittävän riskin26 vaatimusten täyttämiseksi 21 CFR 812:ta kohti. Laserteho limakalvon pinnalla rajoitettiin alle 2 mW:iin lämpövaurion riskin minimoimiseksi ja FDA:n ei-merkittävän riskin26 vaatimusten täyttämiseksi 21 CFR 812:ta kohti. Мощность лазера на поверхности слизистой оболочки была ограничена до <2 мВт, чтобы свести к минимочермсерму и соответствовать требованиям FDA относительно незначительного риска26 согласно 21 CFR 812. Laserteho limakalvon pinnalla rajoitettiin alle 2 mW:iin lämpövaurion riskin minimoimiseksi ja FDA:n vaatimusten täyttämiseksi merkityksettömälle riskille26 standardin 21 CFR 812 mukaisesti.粘膜表面的激光功率限制在<2 mW，以最大限度地降低热损伤风险，并滙靍卤寳FDA8121 FRDA险26 的要求.粘膜表面的激光功率限制在<2 mW Мощность лазера на поверхности слизистой оболочки была ограничена до <2 мВт, чтобы свести к минимочермсерму и соответствовать требованиям FDA 21 CFR 812 относительно незначительного риска26. Laserteho limakalvon pinnalla rajoitettiin alle 2 mW:iin lämpövaurion riskin minimoimiseksi ja FDA 21 CFR 812 -vaatimusten täyttämiseksi merkityksettömän riskin osalta26.
Laitteen rakennetta voidaan muokata kuvanlaadun parantamiseksi.Saatavilla on erikoisoptiikka, joka vähentää pallopoikkeamaa, parantaa kuvan resoluutiota ja lisää työskentelyetäisyyttä.SIL voidaan virittää vastaamaan paremmin kudoksen taitekerrointa (~1,4) valokytkennän parantamiseksi.Ajotaajuutta voidaan säätää lisäämään skannerin sivukulmaa ja laajentamaan kuvan näkökenttää.Voit käyttää automatisoituja menetelmiä poistamaan kuvan kehyksiä, joissa on huomattavaa liikettä tämän vaikutuksen vähentämiseksi.Kenttäohjelmoitavaa porttitaulukkoa (FPGA), jossa on nopea tiedonkeruu, käytetään korkean suorituskyvyn reaaliaikaiseen täyden kehyksen korjaukseen.Paremman kliinisen hyödyn saamiseksi automaattisten menetelmien on korjattava vaihesiirto- ja liikeartefaktit reaaliaikaista kuvan tulkintaa varten.Monoliittinen 3-akselinen parametrinen resonanssiskanneri voidaan toteuttaa ottamaan käyttöön aksiaaliskannaus 22 . Nämä laitteet on kehitetty saavuttamaan ennennäkemätön pystysuuntainen siirtymä > 400 µm säätämällä käyttötaajuutta järjestelmään, jossa on sekoitettu pehmennys/jäykistysdynamiikka27. Nämä laitteet on kehitetty saavuttamaan ennennäkemätön pystysuuntainen siirtymä > 400 µm säätämällä käyttötaajuutta järjestelmään, jossa on sekoitettu pehmennys/jäykistysdynamiikka27. Эти устройства были разработаны для достижения беспрецедентного вертикального смещения > 400 мкм путеботам начрой жиме, который характеризуется смешанной динамикой смягчения/жесткости27. Nämä laitteet on suunniteltu saavuttamaan ennennäkemätön >400 µm pystysuuntainen siirtymä asettamalla käyttötaajuus tilaan, jolle on ominaista sekoitettu pehmeä/kova dynamiikka27.这些设备的开发是为了通过在具有混合软化/硬化动力学的状态下调整驱动下调整驱有的>400 µm 的垂直位~~27.这些 设备 的 开发 是 为了 在 具有 混合 软化 硬化 硬化 学 墦 增 懃态 丕现 的> 400 µm 的 垂 直 位移 27. Эти устройства были разработаны для достижения беспрецедентных вертикальных смещений >400 мкм вавракм путройстем начакм путройстым жиме со смешанной кинетикой размягчения/затвердевания27. Nämä laitteet on suunniteltu saavuttamaan ennennäkemättömät pystysuuntaiset siirtymät >400 µm säätämällä laukaisutaajuutta sekoitettuun pehmennys/kovettuminen-kinetiikan tilassa27.Tulevaisuudessa pystysuora poikittaiskuvaus voi auttaa varhaisen syövän (T1a) vaiheittamisessa.Kapasitiivinen anturipiiri voidaan toteuttaa seuraamaan skannerin liikettä ja korjaamaan vaihesiirtoa 28 .Automaattinen vaihekalibrointi anturipiirillä voi korvata instrumentin manuaalisen kalibroinnin ennen käyttöä.Laitteen luotettavuutta voidaan parantaa käyttämällä luotettavampia instrumenttien sulkemistekniikoita prosessointijaksojen määrän lisäämiseksi.MEMS-teknologia lupaa nopeuttaa endoskooppien käyttöä onttojen elinten epiteelin visualisoinnissa, sairauksien diagnosoinnissa ja hoidon seurannassa minimaalisesti invasiivisella tavalla.Jatkokehityksen myötä tästä uudesta kuvantamismenetelmästä voi tulla edullinen ratkaisu, jota voidaan käyttää lääketieteellisten endoskooppien lisänä välittömään histologiseen tutkimukseen, ja se voisi lopulta korvata perinteisen patologisen analyysin.
Säteenseurantasimulaatiot suoritettiin käyttämällä ZEMAX-optista suunnitteluohjelmistoa (versio 2013) tarkennusoptiikan parametrien määrittämiseksi.Suunnittelukriteereitä ovat lähes diffraktio aksiaalinen resoluutio, työetäisyys = 0 µm ja näkökenttä (FOV) yli 250 × 250 µm2.Viritykseen aallonpituudella λex = 488 nm käytettiin yksimuotokuitua (SMF).Akromaattisia dupletteja käytetään vähentämään fluoresenssikokoelman varianssia (kuvio 5a).Säde kulkee SMF:n läpi moodikentän halkaisijalla 3,5 μm ja ilman katkaisua heijastimen keskustan läpi, jonka aukon halkaisija on 50 μm.Käytä kovaa upotettavaa (puolipallon muotoista) linssiä, jolla on korkea taitekerroin (n = 2,03), minimoiksesi tulevan säteen pallopoikkeaman ja varmistaaksesi täyden kosketuksen limakalvon pinnan kanssa.Fokusoiva optiikka tuottaa kokonais-NA = 0,41, missä NA = nsinα, n on kudoksen taitekerroin, α on säteen maksimikonvergenssikulma.Diffraktiolla rajoitetut lateraali- ja aksiaaliresoluutiot ovat 0,44 ja 6,65 µm, tässä järjestyksessä, käyttämällä arvoja NA = 0,41, λ = 488 nm ja n = 1,3313.Vain kaupallisesti saatavilla olevat linssit, joiden ulkohalkaisija (OD) ≤ 2 mm, otettiin huomioon.Optinen reitti taitetaan, ja SMF:stä lähtevä säde kulkee skannerin keskiaukon läpi ja heijastuu takaisin kiinteästä peilistä (halkaisijaltaan 0,29 mm).Tämä konfiguraatio lyhentää jäykän distaalisen pään pituutta, mikä helpottaa endoskoopin kulkua eteenpäin lääketieteellisten endoskooppien standardin (halkaisijaltaan 3,2 mm) työkanavan läpi.Tämän ominaisuuden ansiosta sitä on helppo käyttää lisävarusteena rutiiniendoskopian aikana.
Taitettu valonohjain ja endoskooppipakkaus.(a) Herätyssäde poistuu OBC:stä ja kulkee skannerin keskiaukon läpi.Säde laajenee ja heijastuu kiinteästä pyöreästä peilistä takaisin skanneriin sivuttaispoikkeutusta varten.Tarkennusoptiikka koostuu parista akromaattisista kaksoislinsseistä ja kiinteästä immersio- (puolipallon) linssistä, jotka tarjoavat kosketuksen limakalvon pintaan.ZEMAX 2013 (https://www.zemax.com/) optiseen suunnitteluun ja säteenseurannan simulointiin.(b) Näyttää eri instrumenttien osien sijainnin, mukaan lukien yksimuotokuitu (SMF), skanneri, peilit ja linssit.Endoskooppipakkausten 3D-mallinnukseen käytettiin Solidworks 2016:ta (https://www.solidworks.com/).
SMF:ää (#460HP, Thorlabs), jonka moodikentän halkaisija oli 3,5 µm aallonpituudella 488 nm, käytettiin "reikänä" defokusoidun valon spatiaaliseen suodatukseen (kuva 5b).SMF:t on suljettu taipuisiin polymeeriputkiin (#Pebax 72D, Nordson MEDICAL).Noin 4 metrin pituudella varmistetaan riittävä etäisyys potilaan ja kuvantamisjärjestelmän välillä.Säteen tarkentamiseen ja fluoresenssin keräämiseen käytettiin 2 mm:n MgF2-päällystettyä akromaattista kaksoislinssiä (#65568, #65567, Edmund Optics) ja 2 mm:n päällystämätöntä puolipallon linssiä (#90858, Edmund Optics).Aseta ruostumattomasta teräksestä valmistettu päätyputki (4 mm pitkä, ulkohalkaisija 2,0 mm, sisähalkaisija 1,6 mm) hartsin ja ulkoputken väliin skannerin tärinän estämiseksi.Käytä lääketieteellisiä liimoja suojaamaan instrumenttia kehon nesteiltä ja käsittelytoimenpiteiltä.Käytä kutisteputkia liittimien suojaamiseen.
Kompakti skanneri on valmistettu parametrisen resonanssin periaatteella.Syövytä 50 µm:n aukko heijastimen keskelle virityssäteen välittämiseksi.Kvadratuurikampakäyttöisten käyttöjen sarjaa käyttämällä laajennettu säde taivutetaan poikittain kohtisuorassa suunnassa (XY-taso) Lissajous-moodissa.Tiedonkeruukorttia (#DAQ PCI-6115, NI) käytettiin analogisten signaalien tuottamiseen skannerin ohjaamiseksi.Virta saatiin suurjännitevahvistimesta (#PDm200, PiezoDrive) ohuiden johtojen kautta (#B4421241, MWS Wire Industries).Tee johdot elektrodin ankkuriin.Skanneri toimii taajuuksilla, jotka ovat lähellä 15 kHz (nopea akseli) ja 4 kHz (hidas akseli), jotta saavutetaan FOV 250 µm × 250 µm asti.Videota voidaan kuvata 10, 16 tai 20 Hz kuvataajuudella.Näitä kehysnopeuksia käytetään sovittamaan Lissajous-pyyhkäisykuvion toistotaajuus, joka riippuu skannerin X- ja Y-viritystaajuuksien arvosta29.Yksityiskohdat kuvanopeuden, pikselin resoluution ja skannauskuvion tiheyden välisistä kompromisseista on esitetty edellisessä työssämme14.
Solid-state-laser (#OBIS 488 LS, koherentti) tarjoaa λex = 488 nm fluoreseiinin virittämiseksi kuvan kontrastia varten (kuvio 6a).Optiset letit liitetään suodatinyksikköön FC/APC-liittimillä (häviö 1,82 dB) (kuva 6b).Säteen taivuttaa dikroinen peili (#WDM-12P-111-488/500:600, Oz Optics) SMF:ssä toisen FC/APC-liittimen kautta.21 CFR 812:n mukaisesti kudokseen kohdistuva teho on rajoitettu enintään 2 mW:iin FDA:n vaatimusten täyttämiseksi merkityksettömän riskin osalta.Fluoresenssi vietiin dikroisen peilin ja pitkän läpäisysuodattimen (#BLP01-488R, Semrock) läpi.Fluoresenssi välitettiin valomonistinputki (PMT) -detektoriin (#H7422-40, Hamamatsu) FC/PC-liittimen kautta käyttäen ~1 m pitkää monimuotokuitua, jonka sydämen halkaisija oli 50 µm.Fluoresoivat signaalit vahvistettiin nopealla virtavahvistimella (#59-179, Edmund Optics).Reaaliaikaista tiedonkeruuta ja kuvankäsittelyä varten on kehitetty erikoisohjelmisto (LabVIEW 2021, NI).Lasertehon ja PMT-vahvistuksen asetukset määrittää mikro-ohjain (#Arduino UNO, Arduino) käyttämällä erityistä painettua piirilevyä.SMF ja johdot päättyvät liittimiin ja liitetään tukiaseman kuituoptisiin (F) ja langallisiin (W) portteihin (kuva 6c).Kuvausjärjestelmä on kannettavassa kärryssä (kuva 6d). Vuotovirran rajoittamiseen <500 μA:iin käytettiin eristysmuuntajaa. Vuotovirran rajoittamiseen <500 μA:iin käytettiin eristysmuuntajaa. Для ограничения тока утечки до <500 мкА использовался изолирующий трансформатор. Vuotovirran rajoittamiseen < 500 µA käytettiin eristysmuuntajaa.使用隔离变压器将泄漏电流限制在<500 μA. <500 μA. Используйте изолирующий трансформатор, чтобы ограничить ток утечки до <500 мкА. Käytä eristysmuuntajaa rajoittamaan vuotovirta <500 µA:iin.
visualisointijärjestelmä.(a) PMT, laser ja vahvistin ovat tukiasemassa.(b) Suodatinpankissa laser (sininen) ajaa kuitukaapelin yli FC/APC-liittimen kautta.Dikroinen peili (DM) kääntää säteen yksimuotokuiduksi (SMF) toisen FC/APC-liittimen kautta.Fluoresenssi (vihreä) kulkee DM- ja pitkäpäästösuodattimen (LPF) läpi PMT:hen monimuotokuidun (MMF) kautta.(c) Endoskoopin proksimaalinen pää on kytketty tukiaseman kuituoptisiin (F) ja langallisiin (W) portteihin.(d) Endoskooppi, näyttö, tukiasema, tietokone ja eristysmuuntaja kannettavassa kärryssä.(a, c) Solidworks 2016:ta käytettiin kuvantamisjärjestelmän ja endoskoopin komponenttien 3D-mallinnukseen.
Tarkennusoptiikan lateraalinen ja aksiaalinen resoluutio mitattiin halkaisijaltaan 0,1 um fluoresoivien mikropallojen (#F8803, Thermo Fisher Scientific) pistehajotusfunktiosta.Kerää kuvia kääntämällä mikropallot vaakasuunnassa ja pystysuunnassa 1 µm:n askelin käyttämällä lineaarista vaihetta (# M-562-XYZ, DM-13, Newport).Kuvapino käyttämällä ImageJ2:ta poikkileikkauskuvien saamiseksi mikropalloista.
Reaaliaikaista tiedonkeruuta ja kuvankäsittelyä varten on kehitetty erikoisohjelmisto (LabVIEW 2021, NI).KuvassaKuva 7 esittää yleiskatsauksen järjestelmän käyttämiseen käytetyistä rutiineista.Käyttöliittymä koostuu tiedonkeruusta (DAQ), pääpaneelista ja ohjauspaneelista.Tiedonkeruupaneeli on vuorovaikutuksessa pääpaneelin kanssa raakadatan keräämiseksi ja tallentamiseksi, syötteiden syöttämiseksi mukautettuihin tiedonkeruuasetuksiin ja skannerin ohjainasetusten hallintaan.Pääpaneelista käyttäjä voi valita endoskoopin käyttöä varten haluamasi konfiguraation, mukaan lukien skannerin ohjaussignaalin, videon kuvanopeuden ja kuvausparametrit.Tämän paneelin avulla käyttäjä voi myös näyttää ja säätää kuvan kirkkautta ja kontrastia.Algoritmi laskee PMT:n optimaalisen vahvistusasetuksen käyttämällä raakadataa syötteenä ja säätää tätä parametria automaattisesti käyttämällä suhteellisesti integraalista (PI)16-palautteenohjausjärjestelmää.Ohjainkortti on vuorovaikutuksessa emolevyn ja tiedonkeruukortin kanssa lasertehon ja PMT-vahvistuksen ohjaamiseksi.
Järjestelmäohjelmiston arkkitehtuuri.Käyttöliittymä koostuu moduuleista (1) tiedonkeruu (DAQ), (2) pääpaneeli ja (3) ohjauspaneeli.Nämä ohjelmat toimivat samanaikaisesti ja kommunikoivat keskenään viestijonojen kautta.Avain on MEMS: Microelectromechanical System, TDMS: Technical Data Control Flow, PI: Proportional Integral, PMT: Photomultiplier.Kuva- ja videotiedostot tallennetaan BMP- ja AVI-muodoissa.
Vaiheenkorjausalgoritmia käytetään kuvan pikselien intensiteettien hajaantumisen laskemiseen eri vaihearvoilla kuvan terävöittämiseen käytetyn maksimiarvon määrittämiseksi.Reaaliaikaista korjausta varten vaiheskannausalue on ±2,86° ja suhteellisen suuri askel 0,286° laskenta-ajan lyhentämiseksi.Lisäksi käyttämällä kuvan osia, joissa on vähemmän näytteitä, kuvakehyksen laskenta-aika lyhenee edelleen 7,5 sekunnista (1 Msample) 1,88 sekuntiin (250 Ksample) 10 Hz:llä.Nämä syöttöparametrit valittiin tarjoamaan riittävä kuvanlaatu minimaalisella latenssilla in vivo -kuvauksen aikana.Live-kuvat ja videot tallennetaan BMP- ja AVI-muodoissa.Raakatiedot tallennetaan tekniseen tiedonhallintamuotoon (TMDS).
In vivo -kuvien jälkikäsittely laadun parantamiseksi LabVIEW 2021:n avulla. Tarkkuus on rajoitettu käytettäessä vaiheenkorjausalgoritmeja in vivo -kuvauksen aikana vaadittavan pitkän laskenta-ajan vuoksi.Vain rajoitettuja kuva-alueita ja näytenumeroita käytetään.Lisäksi algoritmi ei toimi hyvin kuvissa, joissa on liikeartefakteja tai alhainen kontrasti, ja johtaa vaiheen laskentavirheisiin30.Yksittäiset kehykset, joissa oli suuri kontrasti ja eivät liikeartefakteja, valittiin manuaalisesti vaiheen hienosäätöön vaiheskannausalueella ±0,75° 0,01° askelin.Koko kuva-alue käytettiin (esim. 1 Mnäyte kuvasta, joka on tallennettu 10 Hz:llä).Taulukossa S2 esitetään yksityiskohtaisesti reaaliaikaisessa ja jälkikäsittelyssä käytetyt kuvaparametrit.Vaihekorjauksen jälkeen käytetään mediaanisuodatinta vähentämään edelleen kuvan kohinaa.Kirkkautta ja kontrastia parannetaan entisestään histogrammin venyttämisellä ja gammakorjauksella31.
Kliiniset tutkimukset hyväksyttiin Michigan Medical Institutions Review Boardin toimesta, ja ne suoritettiin lääketieteellisten toimenpiteiden osastolla.Tämä tutkimus on rekisteröity verkossa osoitteessa ClinicalTrials.gov (NCT03220711, rekisteröintipäivämäärä: 18.7.2017).Osallistumiskriteereinä olivat potilaat (18–100-vuotiaat), joille oli aiemmin suunniteltu elektiivinen kolonoskopia, suurentunut paksusuolensyövän riski ja joilla oli aiemmin ollut tulehduksellinen suolistosairaus.Tietoinen suostumus saatiin jokaiselta koehenkilöltä, joka suostui osallistumaan.Poissulkemiskriteerit olivat potilaat, jotka olivat raskaana, joilla oli tunnettu yliherkkyys fluoreseiinille tai jotka olivat aktiivisessa kemoterapiassa tai sädehoidossa.Tämä tutkimus sisälsi peräkkäisiä potilaita, joille oli määrä rutiininomaiseen kolonoskopiaan, ja se edusti Michigan Medical Centerin väestöä.Tutkimus tehtiin Helsingin julistuksen mukaisesti.
Kalibroi endoskooppi ennen leikkausta 10 µm:n fluoresoivilla helmillä (#F8836, Thermo Fisher Scientific), jotka on asennettu silikonimuotteihin.Läpinäkyvä silikonitiiviste (#RTV108, Momentive) kaadettiin 3D-tulostettuun 8 cm3:n muovimuottiin.Pudota vettä fluoresoivat helmet silikonin päälle ja jätä, kunnes vesiväliaine kuivuu.
Koko paksusuoli tutkittiin käyttämällä tavanomaista lääketieteellistä kolonoskopia (Olympus, CF-HQ190L), jossa oli valkoinen valo.Kun endoskopisti on määrittänyt väitetyn taudin alueen, alue pestään 5-10 ml:lla 5-prosenttista etikkahappoa ja sitten steriilillä vedellä liman ja roskien poistamiseksi.5 ml:n annos 5 mg/ml fluoreseiinia (Alcon, Fluorescite) injektoitiin suonensisäisesti tai ruiskutettiin paikallisesti limakalvolle käyttämällä standardikanyylia (M00530860, Boston Scientific), joka johdettiin työkanavan läpi.
Käytä irrigaattoria huuhtelemaan ylimääräinen väriaine tai roskat limakalvon pinnalta.Poista nebulisoiva katetri ja vie endoskooppi työkanavan läpi ante mortem -kuvien saamiseksi.Käytä laajakenttäistä endoskooppista ohjausta distaalikärjen sijoittamiseen kohdealueelle. Konfokaalikuvien keräämiseen käytetty kokonaisaika oli alle 10 minuuttia. Konfokaalikuvien keräämiseen käytetty kokonaisaika oli alle 10 minuuttia. Общее время, затраченное на сбор конфокальных изображений, составило <10 мин. Konfokaalikuvien keräämiseen käytetty kokonaisaika oli alle 10 minuuttia.Konfokaalikuvien kokonaishankinta-aika oli alle 10 minuuttia.Endoskooppinen valkovalovideo käsiteltiin Olympus EVIS EXERA III (CLV-190) -kuvausjärjestelmällä ja tallennettiin Elgato HD -videonauhurilla.Käytä LabVIEW 2021:tä endoskopiavideoiden tallentamiseen ja tallentamiseen.Kun kuvantaminen on valmis, endoskooppi poistetaan ja visualisoitava kudos leikataan pois käyttämällä biopsiapihdettä tai virveliä. Kudokset käsiteltiin rutiininomaista histologiaa (H&E) varten, ja asiantuntija GI-patologi (HDA) arvioi ne. Kudokset käsiteltiin rutiininomaista histologiaa (H&E) varten, ja asiantuntija GI-patologi (HDA) arvioi ne. Ткани были обработаны для обычной гистологии (H&E) ja оценены экспертом-патологом желудочно-кишечного. Kudokset käsiteltiin rutiininomaista histologiaa (H&E) varten ja arvioitiin asiantuntija gastrointestinaalipatologin (HDA) toimesta.对组织进行常规组织学(H&E) 处理，并由专家GI 病理学家(HDA) 进行评估。对组织进行常规组织学(H&E) 处理，并由专家GI 病理学家(HDA) 进行评估。 Ткани были обработаны для обычной гистологии (H&E) ja оценены экспертом-патологом желудочно-кишечного. Kudokset käsiteltiin rutiininomaista histologiaa (H&E) varten ja arvioitiin asiantuntija gastrointestinaalipatologin (HDA) toimesta.Fluoreseiinin spektriominaisuudet varmistettiin käyttämällä spektrometriä (USB2000+, Ocean Optics) kuvan S2 mukaisesti.
Endoskoopit steriloidaan jokaisen käyttökerran jälkeen (kuva 8).Puhdistustoimenpiteet suoritettiin Michigan Medical Centerin infektioiden hallinnan ja epidemiologian osaston sekä keskussteriilin käsittelyyksikön johdolla ja hyväksynnällä. Ennen tutkimusta Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson) testasi ja validoi instrumentit sterilointia varten, kaupallinen yksikkö, joka tarjoaa infektioiden ehkäisy- ja steriloinnin validointipalveluita. Ennen tutkimusta Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson) testasi ja validoi instrumentit sterilointia varten, kaupallinen yksikkö, joka tarjoaa infektioiden ehkäisy- ja steriloinnin validointipalveluita. Перед исследованием инструменты были протестированы ja одобрены для стерилизации компанией Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson) й, предоставляющей услуги по профилактике инфекций и проверке стерилизации. Ennen tutkimusta Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), kaupallinen organisaatio, joka tarjoaa infektioiden ehkäisy- ja sterilointivarmennuspalveluita, testasi ja hyväksyi instrumentit steriloitaviksi. Перед исследованием инструменты были стерилизованы и проверены Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), коммерчетурастой,плотерастай, пл ги по профилактике инфекций и проверке стерилизации. Instrumentit steriloitiin ja tarkastettiin ennen tutkimusta Advanced Sterilization Productsissa (ASP, Johnson & Johnson), kaupallinen organisaatio, joka tarjoaa infektioiden ehkäisy- ja steriloinnin varmennuspalveluita.
Työkalujen kierrätys.(a) Endoskoopit asetetaan alustalle jokaisen steriloinnin jälkeen STERRAD-käsittelyprosessia käyttäen.(b) SMF ja johdot päätetään valokuituliittimillä ja vastaavasti sähköliittimillä, jotka suljetaan ennen uudelleenkäsittelyä.
Puhdista endoskoopit seuraavasti: (1) Pyyhi endoskooppi nukkaamattomalla liinalla, joka on kastettu entsymaattiseen puhdistusaineeseen proksimaalisesta distaaliseen;(2) Upota instrumentti entsymaattiseen pesuaineliuokseen 3 minuutiksi vedellä.nukkaamaton kangas.Sähkö- ja valokuituliittimet peitetään ja poistetaan liuoksesta;(3) Endoskooppi kääritään ja asetetaan instrumenttialustalle sterilointia varten käyttämällä vetyperoksidikaasuplasmaa STERRAD 100NX.suhteellisen alhainen lämpötila ja alhainen kosteusympäristö.
Tässä tutkimuksessa käytetyt ja/tai analysoidut aineistot ovat saatavilla vastaavilta tekijöiltä kohtuullisesta pyynnöstä.
Pilonis, ND, Januszewicz, W. & di Pietro, M. Konfokaalinen laserendomikroskopia maha-suolikanavan endoskopiassa: Tekniset näkökohdat ja kliiniset sovellukset. Pilonis, ND, Januszewicz, W. & di Pietro, M. Konfokaalinen laserendomikroskopia maha-suolikanavan endoskopiassa: Tekniset näkökohdat ja kliiniset sovellukset.Pilonis, ND, Januszewicz, V. i di Pietro, M. Konfokaalinen laserendomikroskopia gastrointestinaalisessa endoskopiassa: tekniset näkökohdat ja kliininen sovellus. Pilonis, ND, Januszewicz, W. & di Pietro, M. Pilonis, ND, Januszewicz, W. & di Pietro, M. 共载肠分别在在在共公司设计在在机机：Tekniset näkökohdat ja kliiniset sovellukset.Pilonis, ND, Januszewicz, V. i di Pietro, M. Konfokaalinen laserendoskopia gastrointestinaalisessa endoskopiassa: tekniset näkökohdat ja kliiniset sovellukset.käännös maha-suolikanavan hepariini.7, 7 (2022).
Al-Mansour, MR et ai.SAGES TAVAC -konfokaalisen laserendomikroskopian turvallisuus- ja tehoanalyysi.Operaatio.Endoscopy 35, 2091–2103 (2021).
Fugazza, A. et ai.Konfokaalinen laserendoskopia maha-suolikanavan ja haima-sappisairauksissa: systemaattinen katsaus ja meta-analyysi.Biolääketieteellinen tiede.varastosäiliö.sisäinen 2016, 4638683 (2016).