Köszönjük, hogy meglátogatta a Nature.com oldalt.Olyan böngészőverziót használ, amely korlátozott CSS-támogatással rendelkezik.A legjobb élmény érdekében javasoljuk, hogy használjon frissített böngészőt (vagy tiltsa le a kompatibilitási módot az Internet Explorerben).Ezenkívül a folyamatos támogatás érdekében stílusok és JavaScript nélkül jelenítjük meg az oldalt.
Egyszerre három diából álló körhinta jeleníti meg.Az Előző és a Következő gombokkal egyszerre három dián lépkedhet, vagy a végén lévő csúszkagombokkal egyszerre három dián.
A konfokális lézeres endoszkópia a valós idejű optikai biopszia új módszere.Az üreges szervek hámjából azonnal szövettani minőségű fluoreszcens képek nyerhetők.Jelenleg a szkennelést proximálisan, a klinikai gyakorlatban általánosan használt szondán alapuló műszerekkel végzik, a fókuszvezérlésben korlátozott rugalmasság mellett.Bemutatjuk az endoszkóp disztális végére szerelt parametrikus rezonáns szkenner alkalmazását a nagy sebességű oldalirányú eltérítés végrehajtására.A reflektor közepébe egy lyukat véstek a fény útjának feltekeréséhez.Ez a kialakítás 2,4 mm átmérőre és 10 mm hosszúra csökkenti a műszer méretét, ami lehetővé teszi, hogy a szabványos orvosi endoszkópok munkacsatornáján keresztül továbbítható legyen.A kompakt objektív 1,1 és 13,6 µm oldalirányú és 13,6 µm axiális felbontást biztosít.A 0 µm-es munkatávolság és a 250 µm × 250 µm látómező 20 Hz-ig terjedő képsebességgel érhető el.A 488 nm-en történő gerjesztés gerjeszti a fluoreszceint, az FDA által jóváhagyott festéket a nagy szöveti kontraszt érdekében.Az endoszkópokat 18 cikluson keresztül, meghibásodás nélkül dolgozták fel újra klinikailag jóváhagyott sterilizációs módszerekkel.A fluoreszcens képeket normál vastagbélnyálkahártyáról, tubuláris adenomákról, hiperplasztikus polipokról, fekélyes vastagbélgyulladásról és Crohn vastagbélgyulladásról kaptuk a rutin kolonoszkópia során.Egyedi sejtek azonosíthatók, beleértve a kolonocitákat, a serlegsejteket és a gyulladásos sejteket.Megkülönböztethetők a nyálkahártya jellemzői, mint például a kriptaszerkezetek, a kriptaüregek és a lamina propria.A műszer a hagyományos endoszkópia kiegészítőjeként használható.
A konfokális lézeres endoszkópia egy új képalkotó módszer, amelyet klinikai használatra fejlesztettek ki a rutin endoszkópia kiegészítéseként1,2,3.Ezek a rugalmas, száloptikával összekapcsolt műszerek használhatók az üreges szerveket, például a vastagbelet bélelő hámsejtek betegségeinek kimutatására.Ez a vékony szövetréteg nagyon metabolikusan aktív, és számos betegség, például rák, fertőzés és gyulladás forrása.Az endoszkópia szubcelluláris felbontást érhet el, valós idejű, szinte szövettani minőségű in vivo képeket biztosítva, hogy segítse a klinikusokat a klinikai döntések meghozatalában.A fizikai szövetbiopszia magában hordozza a vérzés és a perforáció kockázatát.Gyakran túl sok vagy túl kevés biopsziás mintát gyűjtenek.Minden egyes eltávolított minta növeli a műtéti költségeket.A minta patológus általi értékelése több napig tart.A patológiai eredményekre való várakozás napjaiban a betegek gyakran szoronganak.Ezzel szemben más klinikai képalkotó módszerek, mint például az MRI, CT, PET, SPECT és ultrahang, nem rendelkeznek a térbeli felbontással és az időbeli sebességgel, amely szükséges ahhoz, hogy az epiteliális folyamatokat in vivo valós idejű, szubcelluláris felbontással megjelenítsék.
Egy szondán alapuló műszert (Cellvizio) jelenleg általánosan használnak a klinikákon „optikai biopszia” elvégzésére.A tervezés egy térben koherens száloptikai kötegen4 alapul, amely összegyűjti és továbbítja a fluoreszcens képeket.Az egyszálas mag „lyukként” működik a defókuszált fény térbeli szűrésére a szubcelluláris felbontás érdekében.A szkennelés proximálisan egy nagy, terjedelmes galvanométerrel történik.Ez a rendelkezés korlátozza a fókuszvezérlő eszköz képességét.A korai epiteliális karcinóma megfelelő stádiumba vételéhez a szövetfelszín alatti vizualizáció szükséges az invázió felméréséhez és a megfelelő terápia meghatározásához.A fluoreszceint, az FDA által jóváhagyott kontrasztanyagot intravénásan adják be, hogy kiemeljék a hám szerkezeti jellemzőit. Ezeknek az endomikroszkópoknak a mérete <2,4 mm átmérőjű, és könnyen továbbíthatók a standard orvosi endoszkópok biopsziás csatornáján keresztül. Ezeknek az endomikroszkópoknak a mérete <2,4 mm átmérőjű, és könnyen továbbíthatók a standard orvosi endoszkópok biopsziás csatornáján keresztül. Эти эндомикроскопы имеют размеры <2,4 мм в диаметре и могут быть легко проведены через биопсийтный ка эндоскопов. Ezek az endomikroszkópok <2,4 mm átmérőjűek, és könnyen átvezethetők a hagyományos orvosi endoszkópok biopsziás csatornáján.Ezek a boroszkópok 2,4 mm-nél kisebb átmérőjűek, és könnyen áthaladnak a hagyományos orvosi boroszkópok biopsziás csatornáján.Ez a rugalmasság a klinikai alkalmazások széles skáláját teszi lehetővé, és független az endoszkóp gyártóktól.Számos klinikai vizsgálatot végeztek ezzel a képalkotó berendezéssel, beleértve a nyelőcső-, gyomor-, vastagbél- és szájüregrák korai felismerését.Képalkotó protokollokat dolgoztak ki, és megállapították az eljárás biztonságát.
A mikroelektromechanikai rendszerek (MEMS) egy hatékony technológia az endoszkópok disztális végén használt apró szkennelő mechanizmusok tervezésére és gyártására.Ez a pozíció (a proximálishoz képest) nagyobb rugalmasságot tesz lehetővé a fókuszpozíció szabályozásában5,6.Az oldalirányú eltérítésen kívül a disztális mechanizmus axiális, objektív szkennelést és véletlen hozzáférésű vizsgálatokat is végezhet.Ezek a képességek átfogóbb hámsejtek lekérdezést tesznek lehetővé, beleértve a függőleges keresztmetszeti képalkotást7, a nagy látómezőt (FOV)8 aberrációmentes szkennelést és a jobb teljesítményt a felhasználó által meghatározott alrégiókban9.A MEMS megoldja a letapogató motor becsomagolásának komoly problémáját a műszer túlsó végén rendelkezésre álló korlátozott hellyel.A terjedelmes galvanométerekhez képest a MEMS kiváló teljesítményt nyújt kis méretben, nagy sebességben és alacsony energiafogyasztás mellett.Egy egyszerű gyártási folyamat alacsony költséggel tömeggyártásra bővíthető.Számos MEMS tervről számoltak be korábban10,11,12.Egyik technológia sem fejlődött még kellően ahhoz, hogy lehetővé tegye az orvosi endoszkóp munkacsatornáján keresztül történő valós idejű in vivo képalkotás széles körű klinikai alkalmazását.Itt arra törekszünk, hogy bemutassuk egy MEMS szkenner használatát az endoszkóp disztális végén in vivo humán képalkotáshoz a rutin klinikai endoszkópia során.
Egy száloptikai műszert fejlesztettek ki egy MEMS szkenner segítségével a disztális végén, hogy valós idejű in vivo fluoreszcens képeket gyűjtsön hasonló szövettani jellemzőkkel.Az egymódusú szálat (SMF) egy rugalmas polimer csőbe zárják, és λex = 488 nm-en gerjesztik.Ez a konfiguráció lerövidíti a disztális csúcs hosszát, és lehetővé teszi, hogy azt a szabványos orvosi endoszkópok munkacsatornáján keresztül továbbítsák.Használja a hegyet az optika középre állításához.Ezeket a lencséket úgy tervezték, hogy közel diffrakciós axiális felbontást érjenek el, numerikus apertúra (NA) = 0,41 és munkatávolság = 0 µm13.Precíziós alátétlemezek készülnek az optika 14 pontos beállításához. A szkenner egy 2,4 mm átmérőjű és 10 mm hosszú merev disztális hegyű endoszkópba van csomagolva (1a. ábra).Ezek a méretek lehetővé teszik, hogy a klinikai gyakorlatban endoszkópia kiegészítőjeként használják (1b. ábra).A szövetre eső lézer maximális teljesítménye 2 mW volt.
Konfokális lézeres endoszkópia (CLE) és MEMS szkennerek.Fénykép, amely (a) egy csomagolt műszert mutat, amelynek merev disztális hegye mérete 2,4 mm átmérőjű és 10 mm hosszú, és (b) egy szabványos orvosi endoszkóp (Olympus CF-HQ190L) munkacsatornáján keresztül egyenesen áthalad.c) A szkenner elölnézete egy 50 µm-es központi nyílású reflektorral, amelyen a gerjesztőnyaláb áthalad.A szkenner egy kardángyűrűre van felszerelve, amelyet négyzet alakú fésűs meghajtók hajtanak meg.A készülék rezonanciafrekvenciáját a torziós rugó mérete határozza meg.(d) A lapolvasó oldalnézete, amelyen a lapolvasó állványra szerelve látható, elektródahorgonyokhoz csatlakoztatott vezetékekkel, amelyek csatlakozási pontokat biztosítanak a meghajtó- és tápjelekhez.
A letapogatási mechanizmus egy kardánra szerelt reflektorból áll, amelyet fésűvel hajtott kvadratúra-aktorok hajtanak meg, hogy a nyalábot oldalirányban (XY sík) tereljék Lissajous-mintázatban (1c. ábra).A közepébe egy 50 µm átmérőjű lyukat martak, amelyen a gerjesztőnyaláb áthaladt.A szkenner a konstrukció rezonanciafrekvenciáján működik, amely a torziós rugó méreteinek változtatásával hangolható.Elektróda horgonyokat gravíroztak az eszköz perifériájára, hogy csatlakozási pontokat biztosítsanak a táp- és vezérlőjelekhez (1d. ábra).
A képalkotó rendszer egy hordozható kocsira van felszerelve, amely begurítható a műtőbe.A grafikus felhasználói felületet úgy alakítottuk ki, hogy támogassa a minimális technikai tudással rendelkező felhasználókat, például orvosokat és nővéreket.Manuálisan ellenőrizze a lapolvasó meghajtó frekvenciáját, a sugárforma módot és a kép FOV-át.
Az endoszkóp teljes hossza hozzávetőlegesen 4 méter, hogy lehetővé tegye a műszerek teljes áthaladását egy szabványos orvosi endoszkóp munkacsatornáján (1,68 m), a manőverezhetőség érdekében extra hosszúsággal.Az endoszkóp proximális végén az SMF és a vezetékek olyan csatlakozókban végződnek, amelyek a bázisállomás optikai és vezetékes portjaihoz csatlakoznak.A telepítés tartalmaz egy lézert, egy szűrőegységet, egy nagyfeszültségű erősítőt és egy fotomultiplier detektort (PMT).Az erősítő tápellátást és meghajtó jeleket ad a szkennernek.Az optikai szűrőegység a lézergerjesztést az SMF-hez kapcsolja, és a fluoreszcenciát a PMT-nek adja át.
Az endoszkópokat minden klinikai eljárás után újra feldolgozzák a STERRAD sterilizációs eljárással, és akár 18 ciklust is kibírnak hiba nélkül.Az OPA-oldat esetében több mint 10 fertőtlenítési ciklus után nem észleltek károsodás jeleit.Az OPA eredményei felülmúlták a STERRAD-ét, ami arra utal, hogy az endoszkópok élettartama meghosszabbítható magas szintű fertőtlenítéssel, nem pedig újrasterilizálással.
A képfelbontást a pontszórás függvényből határoztuk meg 0,1 μm átmérőjű fluoreszcens gyöngyök segítségével.Az oldalirányú és axiális felbontáshoz 1,1 és 13,6 µm-es teljes szélességet (FWHM) mértünk (2a, b ábra).
Képbeállítások.A fókuszáló optika laterális (a) és axiális (b) felbontását a 0,1 μm átmérőjű fluoreszcens mikrogömbökkel mért pontszórási függvény (PSF) jellemzi.A mért teljes szélesség fele maximumon (FWHM) 1,1 és 13,6 µm volt.Beszúrás: Egyetlen mikrogömb kibontott nézete keresztirányú (XY) és tengelyirányú (XZ) irányban.(c) Egy szabványos (USAF 1951) célcsíkról (piros ovális) kapott fluoreszcens kép, amely azt mutatja, hogy a 7-6. csoport egyértelműen felbontható.(d) 10 µm átmérőjű, diszpergált fluoreszcens mikrogömbök képe, amelyek 250 µm × 250 µm méretű képmezőt mutatnak.Az (a, b) pontban szereplő PSF-ek a MATLAB R2019a (https://www.mathworks.com/) segítségével készültek.(c, d) A fluoreszcens képeket a LabVIEW 2021 (https://www.ni.com/) segítségével gyűjtöttük össze.
A szabványos felbontású lencsék fluoreszkáló képei egyértelműen megkülönböztetik a 7-6. csoportba tartozó oszlopokat, amelyek magas oldalsó felbontást tartanak fenn (2c. ábra).A 250 µm × 250 µm-es látómezőt (FOV) a fedőlemezeken eloszlatott 10 µm átmérőjű fluoreszcens gyöngyök képei alapján határoztuk meg (2d. ábra).
A klinikai képalkotó rendszerben automatizált módszert alkalmaznak a PMT erősítés szabályozására és fáziskorrekciójára, hogy csökkentsék az endoszkópokból, a vastagbél perisztaltikájából és a páciens légzéséből származó mozgási műtermékeket.A képrekonstrukciós és -feldolgozási algoritmusokat korábban már leírták14,15.A PMT erősítést egy arányos integrált (PI) vezérlő szabályozza, hogy megakadályozza az intenzitás telítettségét16.A rendszer beolvassa minden képkockához a maximális pixelintenzitást, kiszámítja az arányos és integrált válaszokat, és meghatározza a PMT erősítés értékeit, hogy a pixelintenzitás a megengedett tartományon belül legyen.
Az in vivo képalkotás során a szkenner mozgása és a vezérlőjel közötti fáziseltérés a kép elmosódását okozhatja.Ilyen hatások az eszköz emberi testen belüli hőmérsékletének változásai miatt léphetnek fel.A fehér fényes képek azt mutatták, hogy az endoszkóp in vivo érintkezett a normál vastagbélnyálkahártyával (3a. ábra).A hibásan beállított pixelek elmosódása látható a normál vastagbél nyálkahártyájáról készült nyers képeken (3b. ábra).Megfelelő fázis- és kontrasztbeállítással végzett kezelés után a nyálkahártya szubcelluláris jellemzői megkülönböztethetők (3c. ábra).További információkért a nyers konfokális képeket és a feldolgozott valós idejű képeket az S1. ábra, a valós idejű és utófeldolgozáshoz használt képrekonstrukciós paramétereket pedig az S1 és S2 táblázat mutatja be.
Képfeldolgozás.(a) Széles látószögű endoszkópos kép, amely egy endoszkópot (E) mutat, amely a normál (N) vastagbélnyálkahártyával érintkezik, hogy in vivo fluoreszcens képeket gyűjtsön a fluoreszcein beadása után.(b) Ha a szkennelés során az X és Y tengelyben vándorol, a rosszul igazított képpontok elmosódnak.Demonstrációs célból nagy fáziseltolást alkalmaznak az eredeti képen.(c) A feldolgozás utáni fáziskorrekciót követően a nyálkahártya részleteit, beleértve a kriptastruktúrákat (nyilak), a lamina propriával (lp) körülvett központi lumennel (l) lehet értékelni.Egyedi sejteket lehet megkülönböztetni, beleértve a kolonocitákat (c), a serlegsejteket (g) és a gyulladásos sejteket (nyilak).Lásd további 1. videót. (b, c) LabVIEW 2021 segítségével feldolgozott képek.
Konfokális fluoreszcencia felvételeket készítettek in vivo számos vastagbélbetegségben, hogy demonstrálják a műszer széles körű klinikai alkalmazhatóságát.A széles látószögű képalkotást először fehér fénnyel végzik el, hogy észleljék a súlyosan rendellenes nyálkahártyát.Ezután az endoszkópot a kolonoszkóp munkacsatornáján keresztül továbbítják, és érintkezésbe hozzák a nyálkahártyával.
Széles látószögű endoszkópia, konfokális endomikroszkópia és szövettani (H&E) képek láthatók a vastagbél neopláziájáról, beleértve a tubuláris adenomát és a hiperplasztikus polipot. Széles látószögű endoszkópia, konfokális endomikroszkópia és szövettani (H&E) képek láthatók a vastagbél neopláziájáról, beleértve a tubuláris adenomát és a hiperplasztikus polipot. Широкопольная эндоскопия, конфокальная эндомикроскопия и гистологические (H&E) чая тубулярную аденому и гиперпластический полип. A vastagbél endoszkópia, a konfokális endomikroszkópia és a szövettani (H&E) képalkotás javallt vastagbélneoplasia, beleértve a tubuláris adenomát és a hiperplasztikus polipot is.显示结肠肿瘤（包括管状腺瘤和增生性息肉）的广角内窥镜磀查楮冘共辚焥、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)的广角内刵霱录共共工刨宨徕果学(H&E) kép. Широкопольная эндоскопия, конфокальная микроэндоскопия и гистологические (H&E) изображения, показываюшилюющие чая тубулярные аденомы и гиперпластические полипы. Széles látószögű endoszkópia, konfokális mikroendoszkópia és szövettani (H&E) képek, amelyek a vastagbél daganatait mutatják, beleértve a tubuláris adenomákat és a hiperplasztikus polipokat.A tubuláris adenomák a normál kriptaszerkezet elvesztését, a serlegsejtek méretének csökkenését, a kripta lumenének torzulását és a lamina propria megvastagodását mutatták (4a-c. ábra).A hiperplasztikus polipok kripták csillagszerkezetét, kevés serlegsejtet, a kripták résszerű lumenét és szabálytalan lamellás kriptákat mutattak (4d-f ábra).
Nyálkahártya vastag bőr képe in vivo. Reprezentatív fehér fényes endoszkópos, konfokális endomikroszkópos és szövettani (H&E) képek láthatók (ac) adenoma, (df) hyperplasiás polip, (gi) colitis ulcerosa és (jl) Crohn colitis esetén. Reprezentatív fehér fényes endoszkópos, konfokális endomikroszkópos és szövettani (H&E) képek láthatók (ac) adenoma, (df) hyperplasiás polip, (gi) colitis ulcerosa és (jl) Crohn colitis esetén. Типичные изображения эндоскопии в белом свете, конфокального эндомикроскопа и гистологии (H&E) показажения показананы) стического полипа, (gi) язвенного колита и (jl) колита Крона. Tipikus fehér fényes endoszkópos, konfokális endomikroszkópos és szövettani (H&E) képek láthatók (ac) adenoma, (df) hyperplasiás polip, (gi) colitis ulcerosa és (jl) Crohn colitis esetén.显示了(ac) 腺瘤、(df) 增生性息肉、(gi) 溃疡性结肠炎和(jl) 克罗恩结肠畡圻黥䆧畡检查、共聚焦内窥镜检查和组织学( H&E) 图像. Megjeleníti(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堎療共公司内肠肠炎性和电视学( H&E ) kép. Представлены репрезентативные эндоскопия в белом свете, конфокальная эндоскопия и гистология (ac) адентативные адентоскопия в белом свете оза, (gi) язвенного колита и (jl) колита Крона (H&E). Az (ac) adenoma, (df) hyperplasiás polipózis, (gi) colitis ulcerosa és (jl) Crohn colitis (H&E) reprezentatív fehér fényes endoszkópiája, konfokális endoszkópiája és szövettana látható.A (B) konfokális képet mutat, amelyet in vivo tubuláris adenomából (TA) kaptunk endoszkóp segítségével (E).Ez a rákmegelőző lézió a normál kripta architektúra elvesztését (nyíl), a kripta lumenének torzulását (l) és a crypt lamina propria (lp) zsúfoltságát mutatja.A kolonociták (c), a serlegsejtek (g) és a gyulladásos sejtek (nyilak) is azonosíthatók.Smt.A 2. kiegészítő videó (e) egy hiperplasztikus polipból (HP) in vivo nyert konfokális képet mutat.Ez a jóindulatú elváltozás egy csillag alakú kripta architektúrát (nyíl), egy résszerű kripta lumenét (l) és egy szabálytalan alakú lamina propriát (lp) mutat.Kolonociták (c), több serlegsejt (g) és gyulladásos sejtek (nyilak) is azonosíthatók.Smt.A 3. (h) kiegészítő videó a colitis ulcerosa (UC) in vivo során szerzett konfokális felvételeit mutatja be.Ez a gyulladásos állapot torz kripta architektúrát (nyíl) és kiemelkedő serlegsejteket (g) mutat.A fluoreszcein (f) tollait extrudálják a hámsejtekből, ami a megnövekedett érpermeabilitást tükrözi.Számos gyulladásos sejt (nyilak) látható a lamina propriában (lp).Smt.A 4. (k) kiegészítő videó a Crohn colitis (CC) régiójából in vivo nyert konfokális képet mutat.Ez a gyulladásos állapot torz kripta architektúrát (nyíl) és kiemelkedő serlegsejteket (g) mutat.A fluoreszcein (f) tollait extrudálják a hámsejtekből, ami a megnövekedett érpermeabilitást tükrözi.Számos gyulladásos sejt (nyilak) látható a lamina propriában (lp).Smt.Kiegészítő videó 5. (b, d, h, l) LabVIEW 2021 segítségével feldolgozott képek.
Hasonló képek láthatók a vastagbélgyulladásról, beleértve a colitis ulcerosa (UC) (4g-i ábra) és a Crohn-féle vastagbélgyulladás (4j-l ábra).Úgy gondolják, hogy a gyulladásos reakciót torz kriptastruktúrák jellemzik, kiálló serlegsejtekkel.A fluoreszceint kipréselik a hámsejtekből, ami a megnövekedett érpermeabilitást tükrözi.A lamina propriában nagyszámú gyulladásos sejt látható.
Bemutattuk egy rugalmas szálcsatolt konfokális lézerendoszkóp klinikai alkalmazását, amely disztálisan elhelyezett MEMS szkennert használ az in vivo képfelvételhez.Rezonanciafrekvencián akár 20 Hz-es képsebesség is elérhető a nagy sűrűségű Lissajous pásztázási móddal a mozgási műtermékek csökkentése érdekében.Az optikai út össze van hajtva, hogy sugártágulást és numerikus apertúrát biztosítson, amely elegendő az 1,1 µm oldalirányú felbontás eléréséhez.Szövettani minőségű fluoreszcens képeket a normál vastagbélnyálkahártya, a tubuláris adenomák, a hiperplasztikus polipok, a colitis ulcerosa és a Crohn colitis rutin kolonoszkópiája során kaptunk.Egyedi sejtek azonosíthatók, beleértve a kolonocitákat, a serlegsejteket és a gyulladásos sejteket.Megkülönböztethetők a nyálkahártya jellemzői, mint például a kriptaszerkezetek, a kriptaüregek és a lamina propria.A precíziós hardver mikromegmunkálású, hogy biztosítsa az egyes optikai és mechanikai alkatrészek pontos beállítását a 2,4 mm átmérőjű x 10 mm hosszú műszeren belül.Az optikai kialakítás kellően csökkenti a merev disztális csúcs hosszát ahhoz, hogy az orvosi endoszkópok szabványos méretű (3,2 mm átmérőjű) munkacsatornáján keresztül közvetlenül áthaladhasson.Ezért a készüléket gyártótól függetlenül széles körben használhatják az orvosok a lakóhelyükön.A gerjesztést λex = 488 nm-en végeztük a fluoreszcein, az FDA által jóváhagyott festék gerjesztésére a nagy kontraszt elérése érdekében.A műszert 18 cikluson keresztül problémamentesen újra feldolgozták klinikailag elfogadott sterilizációs módszerekkel.
Két másik műszertervet is klinikailag validáltak.A Cellvizio (Mauna Kea Technologies) egy szondán alapuló konfokális lézerendoszkóp (pCLE), amely többmódusú koherens száloptikai kábelköteg segítségével gyűjti és továbbítja a fluoreszcens képeket1.A bázisállomáson található galvo tükör oldalsó pásztázást végez a proximális végén.Az optikai metszeteket a vízszintes (XY) síkban gyűjtjük 0-70 µm mélységben.A mikroszonda készletek 0,91 (19 G tű) és 5 mm átmérőjűek.1-3,5 µm oldalirányú felbontást értünk el.A képeket 9-12 Hz-es képkockasebességgel gyűjtöttük, 240-600 µm egydimenziós látómezővel.A platformot klinikailag számos területen alkalmazták, beleértve az epevezetéket, a hólyagot, a vastagbélt, a nyelőcsőt, a tüdőt és a hasnyálmirigyet.Az Optiscan Pty Ltd. kifejlesztett egy endoszkóp alapú konfokális lézeres endoszkópot (eCLE), amely egy professzionális endoszkóp (EC-3870K, Pentax Precision Instruments) 17 behelyező csövébe (distalis vége) van beépítve.Az optikai szakaszt egymódusú szál segítségével, az oldalsó pásztázást pedig konzolos mechanizmussal, rezonáns hangvillán keresztül végeztük.A Shape Memory Alloy (Nitinol) működtetőelemet axiális elmozdulás létrehozására használják.A konfokális modul teljes átmérője 5 mm.A fókuszáláshoz NA = 0,6 numerikus rekesznyílású GRIN objektívet használnak.A vízszintes képeket 0,7 és 7 µm oldalirányú és 7 µm-es axiális felbontással készítettük, 0,8–1,6 Hz képfrekvenciával és 500 µm × 500 µm látómezővel.
Szubcelluláris felbontású in vivo fluoreszcens képalkotást mutatunk be az emberi testből egy orvosi endoszkópon keresztül, egy disztális végű MEMS szkenner segítségével.A fluoreszcencia nagy képkontrasztot biztosít, és a sejtfelszíni célpontokhoz kötődő ligandumok fluoroforokkal jelölhetők, hogy molekuláris azonosságot biztosítsanak a betegség jobb diagnosztizálásához18.Az in vivo mikroendoszkópiához más optikai technikákat is fejlesztenek. Az OCT a szélessávú fényforrásból származó rövid koherencia-hosszt használja fel a függőleges síkban 1 mm-nél nagyobb mélységű képek gyűjtésére19. Az OCT a szélessávú fényforrásból származó rövid koherencia-hosszt használja fel a függőleges síkban 1 mm-nél nagyobb mélységű képek gyűjtésére19. ОКТ использует короткую длину когерентности широкополосного источника света для сбора изображений воснойстилка.1 19. Az OCT egy szélessávú fényforrás rövid koherenciahosszát használja fel, hogy függőleges síkban 1 mm-nél nagyobb mélységű képeket készítsen19. 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 изображений на глубин1 сти. Az OCT egy szélessávú fényforrás rövid koherenciahosszát használja fel, hogy függőleges síkban 1 mm19-nél nagyobb képeket készítsen.Ez az alacsony kontrasztú megközelítés azonban a visszaszórt fénygyűjtésen alapul, és a képfelbontást a foltos műtermékek korlátozzák.A fotoakusztikus endoszkópia a hanghullámokat generáló lézerimpulzus abszorpciója után a szövetben a gyors termoelasztikus táguláson alapuló in vivo képeket hoz létre20. Ez a megközelítés 1 cm-nél nagyobb képmélységet mutatott az emberi vastagbélben in vivo a terápia monitorozása érdekében. Ez a megközelítés 1 cm-nél nagyobb képmélységet mutatott az emberi vastagbélben in vivo a terápia monitorozása érdekében. Этот подход продемонстрировал глубину визуализации > 1 см в толстой кишке человека in vivo для мониторипинга т. Ez a megközelítés 1 cm-nél nagyobb képalkotási mélységet mutatott az emberi vastagbélben in vivo a terápia monitorozása céljából.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 монитерапгаи. Ezt a megközelítést a humán vastagbélben 1 cm-nél nagyobb mélységben mutatták be in vivo a terápia monitorozására.A kontrasztot főként az érrendszerben lévő hemoglobin termeli.A többfoton endoszkópia nagy kontrasztú fluoreszcens képeket hoz létre, amikor két vagy több NIR foton egyszerre éri a szöveti biomolekulákat21. Ezzel a megközelítéssel 1 mm-nél nagyobb képmélység érhető el alacsony fototoxicitás mellett. Ezzel a megközelítéssel 1 mm-nél nagyobb képmélység érhető el alacsony fototoxicitás mellett. Этот подход может обеспечить глубину изображения > 1 мм с низкой фототоксичностью. Ez a megközelítés 1 mm-nél nagyobb képmélységet biztosít alacsony fototoxicitás mellett.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. Ez a megközelítés 1 mm-nél nagyobb képmélységet biztosít alacsony fototoxicitás mellett.Nagy intenzitású femtoszekundumos lézerimpulzusok szükségesek, és ez a módszer klinikailag nem bizonyított endoszkópia során.
Ebben a prototípusban a szkenner csak oldalirányú eltérítést végez, így az optikai rész vízszintes (XY) síkban van.A készülék nagyobb képfrekvenciával (20 Hz) képes működni, mint a Cellvizio rendszer galvanikus tükrei (12 Hz).Növelje a képkockasebességet a mozgási műtermékek csökkentése érdekében, és csökkentse a képkockasebességet a jel fokozásához.Nagy sebességű és automatizált algoritmusokra van szükség az endoszkópos mozgás, a légzőmozgás és a bélmotilitás által okozott nagy mozgási műtermékek enyhítésére.Kimutatták, hogy a paraméteres rezonáns szkennerek több száz mikront meghaladó tengelyirányú elmozdulást érnek el22. A képeket függőleges síkban (XZ) lehet gyűjteni, merőlegesen a nyálkahártya felületére, hogy ugyanazt a nézetet biztosítsák, mint a szövettan (H&E). A képeket függőleges síkban (XZ) lehet gyűjteni, merőlegesen a nyálkahártya felületére, hogy ugyanazt a nézetet biztosítsák, mint a szövettan (H&E). Изображения могут быть получены в вертикальной плоскости (XZ), перпендикулярной поверхности слизиткичистой, такое же изображение, как при гистологии (H&E). A képeket a nyálkahártya felszínére merőleges függőleges síkban (XZ) lehet készíteni, hogy ugyanazt a képet kapjuk, mint a szövettanban (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 слизиткичистой, такое же изображение, как при гистологическом исследовании (H&E). A képeket a nyálkahártya felszínére merőleges függőleges síkban (XZ) lehet készíteni, így a szövettani vizsgálattal (H&E) azonos képet kaphatunk.A szkenner az objektív utáni helyzetbe helyezhető, ahol a megvilágító sugár a fő optikai tengely mentén esik, hogy csökkentse az aberrációkra való érzékenységet8.A közel diffrakciós korlátos fókusztérfogatok tetszőlegesen nagy látómezőkön eltérhetnek.Véletlen hozzáférésű szkennelés végezhető a reflektorok felhasználó által meghatározott pozícióba való eltérítésére9.A látómező csökkenthető a kép tetszőleges területeinek kiemeléséhez, javítva a jel-zaj arányt, a kontrasztot és a képkocka sebességet.A szkennerek tömegesen gyárthatók egyszerű eljárások segítségével.Minden szilícium lapkán több száz eszköz készíthető, így növelhető a termelés az alacsony költségű tömeggyártás és a széles körű elosztás érdekében.
Az összehajtott fényút csökkenti a merev disztális csúcs méretét, így az endoszkóp könnyen használható kiegészítőként a rutin kolonoszkópia során.A bemutatott fluoreszcens képeken a nyálkahártya szubcelluláris jellemzői láthatók, amelyek megkülönböztetik a tubuláris adenomákat (prekancerózus) a hiperplasztikus polipoktól (jóindulatú).Ezek az eredmények arra utalnak, hogy az endoszkópia csökkentheti a szükségtelen biopsziák számát23.A műtéttel járó általános szövődmények csökkenthetők, a monitorozási intervallumok optimalizálhatók, a kisebb elváltozások szövettani elemzése minimalizálható.In vivo képeket is mutatunk gyulladásos bélbetegségben szenvedő betegekről, beleértve a colitis ulcerosa (UC) és a Crohn-féle vastagbélgyulladást.A hagyományos fehér fényes kolonoszkópia makroszkópos képet ad a nyálkahártya felszínéről, korlátozott képességgel a nyálkahártya gyógyulásának pontos értékelésére.Az endoszkópia in vivo használható a biológiai terápiák, például az anti-TNF24 antitestek hatékonyságának értékelésére.A pontos in vivo értékelés csökkentheti vagy megelőzheti a betegség kiújulását és a szövődményeket, például a műtétet, és javíthatja az életminőséget.A fluoreszcein tartalmú endoszkópok in vivo használatával kapcsolatos klinikai vizsgálatok során nem számoltak be súlyos mellékhatásokról25. A nyálkahártya felületén a lézerteljesítményt <2 mW-ra korlátozták, hogy minimálisra csökkentsék a hősérülések kockázatát, és megfeleljenek az FDA nem szignifikáns kockázatra vonatkozó követelményeinek26 per 21 CFR 812. A nyálkahártya felületén a lézerteljesítményt <2 mW-ra korlátozták, hogy minimálisra csökkentsék a hősérülés kockázatát, és megfeleljenek az FDA nem szignifikáns kockázatra vonatkozó követelményeinek26 per 21 CFR 812. 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. A nyálkahártya felületén a lézerteljesítményt <2 mW-ra korlátozták, hogy minimálisra csökkentsék a hőkárosodás kockázatát, és megfeleljenek az FDA elhanyagolható kockázatra vonatkozó követelményeinek26 a 21 CFR 812 szerint.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，并滤风险，并满险，并满险，并满险，并满足FDA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. A nyálkahártya felületén a lézerteljesítményt <2 mW-ra korlátozták, hogy minimálisra csökkentsék a hőkárosodás kockázatát, és megfeleljenek az FDA 21 CFR 812 elhanyagolható kockázatra vonatkozó követelményeinek26.
A műszer kialakítása módosítható a képminőség javítása érdekében.Speciális optika áll rendelkezésre a szférikus aberráció csökkentésére, a képfelbontás javítására és a munkatávolság növelésére.A SIL úgy hangolható, hogy jobban illeszkedjen a szövet törésmutatójához (~1,4), a fénycsatolás javítása érdekében.A meghajtó frekvenciája állítható a lapolvasó oldalsó szögének növelése és a kép látómezejének szélesítése érdekében.Automatizált módszerekkel távolíthatja el a jelentős elmozdulást mutató képkockákat a hatás enyhítésére.A nagy sebességű adatgyűjtéssel rendelkező, mezőben programozható kaputömböt (FPGA) használnak a nagy teljesítményű valós idejű teljes képkocka korrekció biztosítására.A nagyobb klinikai hasznosság érdekében az automatizált módszereknek korrigálniuk kell a fáziseltolódást és a mozgási műtermékeket a valós idejű képértelmezés érdekében.Egy monolitikus 3 tengelyes parametrikus rezonáns szkenner valósítható meg az axiális pásztázás bevezetésére 22 . Ezeket az eszközöket úgy fejlesztették ki, hogy soha nem látott, 400 µm-nél nagyobb függőleges elmozdulást érjenek el a hajtásfrekvencia olyan beállításával, amely vegyes lágyítási/merevítési dinamikát jellemez27. Ezeket az eszközöket úgy fejlesztették ki, hogy soha nem látott, 400 µm-nél nagyobb függőleges elmozdulást érjenek el a hajtásfrekvencia olyan beállításával, amely vegyes lágyítási/merevítési dinamikát jellemez27. Эти устройства были разработаны для достижения беспрецедентного вертикального смещения > 400 мкм путеботым начрой жиме, который характеризуется смешанной динамикой смягчения/жесткости27. Ezeket az eszközöket úgy tervezték, hogy soha nem látott, >400 µm-es függőleges elmozdulást érjenek el a hajtásfrekvencia olyan üzemmódba állításával, amelyet vegyes lágy/kemény dinamika jellemez27.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Körülbelül 400 µm, 27 körüli.这些 设备 的 开发 是 为了 在 具有 混合 软化 硬化 硬化 学 墦 增 凃态 丕现 kép> 400 µm 的 直 的 27. Эти устройства были разработаны для достижения беспрецедентных вертикальных смещений >400 мкм вавракм путройстем начавракм путройстем жиме со смешанной кинетикой размягчения/затвердевания27. Ezeket az eszközöket úgy tervezték, hogy soha nem látott, 400 µm-nél nagyobb függőleges elmozdulásokat érjenek el a trigger-frekvencia beállításával vegyes lágyítási/keményedési kinetikai módban27.A jövőben a vertikális transzverzális képalkotás segíthet a rák korai szakaszában (T1a).Egy kapacitív érzékelő áramkör megvalósítható a szkenner mozgásának nyomon követésére és a fáziseltolódás 28 korrekciójára.Az érzékelő áramkör használatával végzett automatikus fáziskalibráció helyettesítheti a kézi műszerkalibrációt a használat előtt.A műszer megbízhatósága javítható megbízhatóbb műszerzárási technikák alkalmazásával a feldolgozási ciklusok számának növelése érdekében.A MEMS technológia azt ígéri, hogy felgyorsítja az endoszkópok használatát az üreges szervek hámjának vizualizálására, a betegségek diagnosztizálására és a kezelés monitorozására minimálisan invazív módon.A további fejlesztéssel ez az új képalkotó módszer olcsó megoldássá válhat, amely orvosi endoszkópok kiegészítéseként használható azonnali szövettani vizsgálathoz, és végül felválthatja a hagyományos patológiai elemzést.
A fókuszáló optika paramétereinek meghatározására ZEMAX optikai tervező szoftverrel (2013-as verzió) sugárkövetési szimulációkat végeztünk.A tervezési kritériumok közé tartozik a közel diffrakciós tengelyirányú felbontás, a munkatávolság = 0 µm, és a látómező (FOV) nagyobb, mint 250 × 250 µm2.A λex = 488 nm hullámhosszú gerjesztéshez egymódusú szálat (SMF) használtunk.Akromatikus dubletteket használnak a fluoreszcencia gyűjtemény varianciájának csökkentésére (5a. ábra).A sugár áthalad az SMF-en 3,5 μm-es módusmező-átmérővel, és csonkítás nélkül áthalad az 50 μm nyílásátmérőjű reflektor közepén.Használjon nagy törésmutatójú (n = 2,03) kemény merítésű (félgömb alakú) lencsét a beeső nyaláb szférikus aberrációjának minimalizálása és a nyálkahártya felületével való teljes érintkezés biztosítása érdekében.A fókuszáló optika teljes NA = 0,41 értéket ad, ahol NA = nsinα, n a szövet törésmutatója, α a nyaláb maximális konvergenciaszöge.A diffrakciókorlátozott laterális és axiális felbontás 0,44 és 6,65 µm, NA = 0,41, λ = 488 nm és n = 1,3313 esetén.Csak a kereskedelemben kapható lencséket vettük figyelembe, amelyek külső átmérője (OD) ≤ 2 mm.Az optikai út össze van hajtva, és az SMF-ből kilépő sugár áthalad a szkenner központi nyílásán, és egy rögzített tükör (0,29 mm átmérőjű) verődik vissza.Ez a konfiguráció lerövidíti a merev disztális vég hosszát, hogy megkönnyítse az endoszkóp előrehaladását az orvosi endoszkópok szabványos (3,2 mm átmérőjű) munkacsatornáján.Ez a funkció megkönnyíti a rutin endoszkópia során történő tartozékként történő használatát.
Összehajtott fényvezető és endoszkóp csomagolás.(a) A gerjesztő nyaláb kilép az OBC-ből, és áthalad a szkenner központi nyílásán.A sugár kitágul, és egy rögzített kör alakú tükörről visszaverődik a szkennerbe az oldalirányú eltérítés érdekében.A fókuszáló optika egy pár akromatikus dupla lencséből és egy szilárd immerziós (félgömb alakú) lencséből áll, amely érintkezést biztosít a nyálkahártya felületével.ZEMAX 2013 (https://www.zemax.com/) optikai tervezéshez és sugárkövetési szimulációhoz.(b) Megmutatja a különböző műszerelemek elhelyezkedését, beleértve az egymódusú szálat (SMF), a szkennert, a tükröket és a lencséket.Az endoszkóp csomagolásának 3D modellezéséhez a Solidworks 2016 (https://www.solidworks.com/) programot használták.
Egy SMF (#460HP, Thorlabs) 3,5 µm-es üzemmód-mezőátmérővel, 488 nm hullámhosszon használtunk „lyukként” a defókuszált fény térbeli szűrésére (5b. ábra).Az SMF-eket rugalmas polimer csövekben (#Pebax 72D, Nordson MEDICAL) zárják.Körülbelül 4 méteres hosszúságot használnak a páciens és a képalkotó rendszer közötti megfelelő távolság biztosítására.Egy pár 2 mm-es MgF2 bevonatú akromatikus dupla lencsét (#65568, #65567, Edmund Optics) és egy 2 mm-es bevonat nélküli félgömb alakú lencsét (#90858, Edmund Optics) használtunk a sugár fókuszálására és a fluoreszcencia összegyűjtésére.Helyezzen egy rozsdamentes acél végcsövet (4 mm hosszú, 2,0 mm külső átmérő, 1,6 mm belső átmérő) a gyanta és a külső cső közé a szkenner vibrációjának szigetelése érdekében.Használjon orvosi ragasztót, hogy megvédje a műszert a testnedvektől és a kezelési eljárásoktól.Használjon hőre zsugorodó csövet a csatlakozók védelmére.
A kompakt szkenner a parametrikus rezonancia elvén készült.Maratjon egy 50 µm-es nyílást a reflektor közepén a gerjesztő nyaláb továbbításához.Kvadratúra fésűvel hajtott hajtások segítségével a kiterjesztett nyaláb keresztirányban eltérül merőleges irányban (XY sík) Lissajous módban.Adatgyűjtő kártyát (#DAQ PCI-6115, NI) használtak analóg jelek generálására a szkenner vezérléséhez.Az áramellátást egy nagyfeszültségű erősítő (#PDm200, PiezoDrive) biztosította vékony vezetékeken (#B4421241, MWS Wire Industries).Kösse be a vezetékeket az elektróda armatúrán.A szkenner 15 kHz-hez (gyors tengely) és 4 kHz-hez (lassú tengely) közeli frekvencián működik, hogy elérje a 250 µm × 250 µm FOV-t.A videót 10, 16 vagy 20 Hz-es képkockasebességgel lehet rögzíteni.Ezeket a képkockasebességet a Lissajous pásztázási minta ismétlődési gyakoriságához használjuk, amely a szkenner X és Y gerjesztési frekvenciájának értékétől függ29.A képkockasebesség, a pixelfelbontás és a szkennelési mintázat sűrűsége közötti kompromisszum részleteit korábbi munkánkban mutatjuk be14.
Egy szilárdtest-lézer (#OBIS 488 LS, koherens) λex = 488 nm-t biztosít a fluoreszcein gerjesztésére a kép kontrasztja érdekében (6a. ábra).Az optikai pigtailek FC/APC csatlakozókon keresztül csatlakoznak a szűrőegységhez (veszteség 1,82 dB) (6b. ábra).A sugarat egy dikroikus tükör (#WDM-12P-111-488/500:600, Oz Optics) téríti el az SMF-ben egy másik FC/APC csatlakozón keresztül.A 21 CFR 812 szerint a szövetek beeső teljesítménye legfeljebb 2 mW-ra korlátozódik, hogy megfeleljen az FDA elhanyagolható kockázatra vonatkozó követelményeinek.A fluoreszcenciát dikroikus tükörön és hosszú transzmissziós szűrőn (#BLP01-488R, Semrock) vezettük át.A fluoreszcenciát egy FC/PC csatlakozón keresztül egy 50 µm-es magátmérőjű, ~1 m hosszú multimódusú szál segítségével egy fotosokszorozócső (PMT) detektorba (#H7422-40, Hamamatsu) továbbítottuk.A fluoreszcens jeleket nagy sebességű áramerősítővel erősítették fel (#59-179, Edmund Optics).A valós idejű adatgyűjtéshez és képfeldolgozáshoz speciális szoftvert (LabVIEW 2021, NI) fejlesztettek ki.A lézerteljesítmény és a PMT erősítés beállításait a mikrokontroller (#Arduino UNO, Arduino) egy speciális nyomtatott áramköri lap segítségével határozza meg.Az SMF és a vezetékek csatlakozókban végződnek, és a bázisállomás üvegszálas (F) és vezetékes (W) portjaihoz csatlakoznak (6c. ábra).A képalkotó rendszer egy hordozható kocsin található (6d. ábra). Leválasztó transzformátort használtak a szivárgási áram <500 μA-ra korlátozására. Leválasztó transzformátort használtak a szivárgási áram <500 μA-ra korlátozására. Для ограничения тока утечки до <500 мкА использовался изолирующий трансформатор. Leválasztó transzformátort használtak a szivárgási áram <500 µA-ra korlátozására.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. Leválasztó transzformátorral korlátozza a szivárgó áramot <500 µA-re.
vizualizációs rendszer.(a) A PMT, a lézer és az erősítő a bázisállomáson található.(b) A szűrőbankban a lézer (kék) áthalad az optikai kábelen az FC/APC csatlakozón keresztül.A sugarat egy dikroikus tükör (DM) egymódusú szálba (SMF) tereli el egy második FC/APC csatlakozón keresztül.A fluoreszcencia (zöld) a DM-en és a hosszú áteresztő szűrőn (LPF) keresztül jut el a PMT-hez többmódusú szálon (MMF) keresztül.(c) Az endoszkóp proximális vége a bázisállomás száloptikai (F) és vezetékes (W) portjához csatlakozik.(d) Endoszkóp, monitor, bázisállomás, számítógép és leválasztó transzformátor hordozható kocsin.(a, c) A Solidworks 2016-ot a képalkotó rendszer és az endoszkóp komponenseinek 3D modellezésére használták.
A fókuszáló optika laterális és axiális felbontását 0,1 µm átmérőjű fluoreszcens mikrogömbök (#F8803, Thermo Fisher Scientific) pontszórás függvényéből mértük.Gyűjtsön képeket a mikrogömbök vízszintes és függőleges lefordításával, 1 µm-es lépésekben egy lineáris tárgyasztal segítségével (# M-562-XYZ, DM-13, Newport).Képverem az ImageJ2 segítségével mikrogömbök keresztmetszeti képeinek készítéséhez.
A valós idejű adatgyűjtéshez és képfeldolgozáshoz speciális szoftvert (LabVIEW 2021, NI) fejlesztettek ki.ábrán.A 7. ábra a rendszer működtetéséhez használt rutinok áttekintését mutatja.A felhasználói felület adatgyűjtésből (DAQ), főpanelből és vezérlőpanelből áll.Az adatgyűjtő panel a fő panellel együttműködve nyers adatokat gyűjt és tárol, bemenetet biztosít az egyéni adatgyűjtési beállításokhoz, és kezeli a lapolvasó illesztőprogram beállításait.A fő panel lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy kiválassza az endoszkóp használatához szükséges konfigurációt, beleértve a szkenner vezérlőjelét, a videó képsebességét és a felvételi paramétereket.Ezen a panelen a felhasználó megjelenítheti és szabályozhatja a kép fényerejét és kontrasztját.A nyers adatok bemenetként való felhasználásával az algoritmus kiszámítja a PMT optimális erősítési beállítását, és automatikusan beállítja ezt a paramétert egy arányos-integrált (PI)16 visszacsatoló rendszer segítségével.A vezérlőkártya együttműködik az alaplappal és az adatgyűjtő kártyával a lézerteljesítmény és a PMT-erősítés szabályozása érdekében.
Rendszerszoftver architektúra.A felhasználói felület modulokból (1) adatgyűjtő (DAQ), (2) fő panelből és (3) vezérlőpanelből áll.Ezek a programok párhuzamosan futnak, és üzenetsorokon keresztül kommunikálnak egymással.A kulcs a MEMS: Mikroelektromechanikai rendszer, TDMS: Technical Data Control Flow, PI: Proportional Integral, PMT: Photomultiplier.A kép- és videofájlok BMP, illetve AVI formátumban kerülnek mentésre.
Egy fáziskorrekciós algoritmust használnak a kép pixelintenzitásának diszperziójának kiszámítására különböző fázisértékeken, hogy meghatározzák a kép élesítéséhez használt maximális értéket.A valós idejű korrekcióhoz a fázisletapogatási tartomány ±2,86°, viszonylag nagy, 0,286°-os lépéssel a számítási idő csökkentése érdekében.Ezenkívül a kép kevesebb mintát tartalmazó részeinek használata tovább csökkenti a képkocka számítási idejét 7,5 másodpercről (1 Mminta) 1,88 másodpercre (250 Ksample) 10 Hz-en.Ezeket a bemeneti paramétereket úgy választottuk meg, hogy megfelelő képminőséget biztosítsanak minimális késleltetéssel az in vivo képalkotás során.Az élő képeket és videókat BMP, illetve AVI formátumban rögzíti.A nyers adatokat a Technical Data Management Flow Format (TMDS) formátumban tároljuk.
In vivo képek utófeldolgozása a minőség javítása érdekében a LabVIEW 2021 segítségével. A pontosság korlátozott, ha fáziskorrekciós algoritmusokat használnak az in vivo képalkotás során a hosszú számítási idő miatt.Csak korlátozott képterületek és mintaszámok kerülnek felhasználásra.Ezenkívül az algoritmus nem működik jól a mozgási műtermékeket vagy alacsony kontrasztot tartalmazó képeknél, és fázisszámítási hibákhoz vezet30.A nagy kontrasztú és mozgási műtermékek nélküli egyedi képkockákat manuálisan választottuk ki a fázisfinomhangoláshoz ±0,75°-os fázisszkennelési tartományban, 0,01°-os lépésekben.A teljes képterületet felhasználták (pl. 1 M minta egy 10 Hz-en rögzített képből).Az S2 táblázat részletezi a valós idejű és utófeldolgozáshoz használt képparamétereket.A fáziskorrekció után egy mediánszűrőt használnak a képzaj további csökkentésére.A fényerőt és a kontrasztot tovább javítja a hisztogram nyújtása és a gamma-korrekció31.
A klinikai vizsgálatokat a Michigan Medical Institutions Review Board jóváhagyta, és az Orvosi Eljárások Osztályán végezték.Ezt a tanulmányt online regisztrálták a ClinicalTrials.gov oldalon (NCT03220711, regisztráció dátuma: 2017.07.18.).A beválasztási kritériumok közé tartoztak a korábban tervezett elektív kolonoszkópián átesett (18-100 éves) betegek, akiknél megnövekedett a vastag- és végbélrák kockázata, és a kórtörténetben gyulladásos bélbetegség szerepel.Minden résztvevőtől, aki beleegyezett a részvételbe, tájékozott beleegyezést kaptunk.A kizárási kritériumok olyan betegek voltak, akik terhesek, ismerten túlérzékenyek voltak a fluoreszceinre, vagy aktív kemoterápiában vagy sugárterápiában részesültek.Ez a vizsgálat egymást követő, rutin kolonoszkópiára tervezett betegeket vont be, és a Michigan Medical Center populációját reprezentálta.A vizsgálatot a Helsinki Nyilatkozatnak megfelelően végezték.
A műtét előtt kalibrálja az endoszkópot 10 µm-es fluoreszcens gyöngyökkel (#F8836, Thermo Fisher Scientific), amelyeket szilikon formákba szereltek.Egy áttetsző szilikon tömítőanyagot (#RTV108, Momentive) öntöttünk egy 3D nyomtatott 8 cm3-es műanyag formába.Dobja a víz fluoreszkáló gyöngyöket a szilikonra, és hagyja, amíg a vízközeg megszárad.
A teljes vastagbelet standard orvosi kolonoszkóppal (Olympus, CF-HQ190L) vizsgáltuk fehér fénnyel megvilágítva.Miután az endoszkópos meghatározta az állítólagos betegség területét, a területet 5-10 ml 5% -os ecetsavval, majd steril vízzel lemossák, hogy eltávolítsák a nyálkahártyát és a törmeléket.5 ml-es adag 5 mg/ml fluoreszceint (Alcon, Fluorescite) injektáltunk intravénásan vagy permeteztünk helyileg a nyálkahártyára standard kanül (M00530860, Boston Scientific) segítségével, amelyet a munkacsatornán vezettünk át.
Használjon irrigátort, hogy öblítse le a felesleges festéket vagy törmeléket a nyálkahártya felületéről.Távolítsa el a porlasztó katétert, és vezesse át az endoszkópot a munkacsatornán, hogy halál előtti képeket készítsen.Használjon széles látószögű endoszkópos vezetést a disztális hegy célterületre történő pozicionálásához. A konfokális képek gyűjtésére fordított teljes idő kevesebb, mint 10 perc volt. A konfokális képek gyűjtésére fordított teljes idő kevesebb, mint 10 perc volt. Общее время, затраченное на сбор конфокальных изображений, составило <10 мин. A konfokális képek gyűjtéséhez szükséges teljes idő kevesebb mint 10 perc volt.A konfokális képek teljes felvételi ideje kevesebb, mint 10 perc volt.Az endoszkópos fehér fényű videót az Olympus EVIS EXERA III (CLV-190) képalkotó rendszerrel dolgoztuk fel, és egy Elgato HD videorögzítővel rögzítettük.A LabVIEW 2021 segítségével endoszkópos videókat rögzíthet és menthet.A képalkotás befejezése után az endoszkópot eltávolítják, és a vizualizálandó szövetet biopsziás csipesszel vagy pergővel kivágják. A szöveteket rutin szövettani (H&E) céljából feldolgoztuk, és szakértő GI patológus (HDA) értékelte. A szöveteket rutin szövettani (H&E) céljából feldolgoztuk, és szakértő GI patológus (HDA) értékelte. Ткани были обработаны для обычной гистологии (H&E) és оценены экспертом-патологом желудочно-кишечного. A szöveteket rutin szövettani vizsgálathoz (H&E) feldolgozták, és szakértő gastrointestinalis patológus (HDA) értékelte.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) és оценены экспертом-патологом желудочно-кишечного. A szöveteket rutin szövettani vizsgálathoz (H&E) feldolgozták, és szakértő gastrointestinalis patológus (HDA) értékelte.A fluoreszcein spektrális tulajdonságait spektrométerrel (USB2000+, Ocean Optics) igazoltuk az S2. ábrán látható módon.
Az endoszkópokat minden emberi használat után sterilizálják (8. ábra).A tisztítási eljárásokat a Michigan Medical Center fertőzésellenőrzési és járványügyi osztálya és a központi steril feldolgozó egység irányítása és jóváhagyása mellett végezték. A vizsgálat előtt a műszereket az Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson) tesztelte és validálta sterilizálásra, egy fertőzésmegelőzési és sterilizálási validációs szolgáltatásokat nyújtó kereskedelmi szervezet. A vizsgálat előtt a műszereket az Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson) tesztelte és validálta sterilizálásra, egy fertőzésmegelőzési és sterilizálási validációs szolgáltatásokat nyújtó kereskedelmi szervezet. Перед исследованием инструменты были протестированы и одобрены для стерилизации компанией Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson) й, предоставляющей услуги по профилактике инфекций и проверке стерилизации. A vizsgálat előtt a műszereket az Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson) tesztelte és jóváhagyta sterilizálásra, egy fertőzésmegelőzési és sterilizálási szolgáltatásokat nyújtó kereskedelmi szervezet. Перед исследованием инструменты были стерилизованы и проверены Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), коммерчетураской оргерастай, пл ги по профилактике инфекций и проверке стерилизации. Az eszközöket a vizsgálat előtt sterilizálta és ellenőrizte az Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), egy fertőzésmegelőzési és sterilizálási szolgáltatásokat nyújtó kereskedelmi szervezet.
Szerszám újrahasznosítás.(a) Az endoszkópokat a STERRAD feldolgozási eljárással végzett minden sterilizálás után tálcákba helyezik.(b) Az SMF és a vezetékek száloptikai és elektromos csatlakozókkal vannak lezárva, amelyeket az újrafeldolgozás előtt lezárnak.
Tisztítsa meg az endoszkópokat a következők szerint: (1) törölje le az endoszkópot enzimes tisztítószerrel átitatott szöszmentes ruhával a proximálistól a disztálisig;(2) Merítse a műszert az enzimatikus mosószer oldatba 3 percre vízzel.szöszmentes szövet.Az elektromos és száloptikai csatlakozókat letakarják és eltávolítják az oldatból;(3) Az endoszkópot becsomagolják és a műszertálcába helyezik a STERRAD 100NX hidrogén-peroxid gázplazma használatával történő sterilizáláshoz.viszonylag alacsony hőmérsékletű és alacsony páratartalmú környezetben.
A jelen tanulmányban használt és/vagy elemzett adatkészletek ésszerű kérésre hozzáférhetők a megfelelő szerzőktől.
Pilonis, ND, Januszewicz, W. & di Pietro, M. Konfokális lézeres endomikroszkópia a gastrointestinalis endoszkópiában: Technikai szempontok és klinikai alkalmazások. Pilonis, ND, Januszewicz, W. & di Pietro, M. Konfokális lézeres endomikroszkópia a gastrointestinalis endoszkópiában: Technikai szempontok és klinikai alkalmazások.Pilonis, ND, Januszewicz, V. i di Pietro, M. Konfokális lézeres endomikroszkópia a gastrointestinalis endoszkópiában: technikai szempontok és klinikai alkalmazás. 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：Technikai szempontok és klinikai alkalmazások.Pilonis, ND, Januszewicz, V. i di Pietro, M. Konfokális lézeres endoszkópia a gastrointestinalis endoszkópiában: technikai szempontok és klinikai alkalmazások.gastrointestinalis heparin fordítása.7, 7 (2022).
Al-Mansour, MR et al.A SAGES TAVAC konfokális lézeres endomikroszkópia biztonságossági és hatékonysági elemzése.Művelet.Endoscopy 35, 2091–2103 (2021).
Fugazza, A. et al.Konfokális lézeres endoszkópia gasztrointesztinális és pancreatobiliaris betegségekben: szisztematikus áttekintés és metaanalízis.Orvosbiológiai Tudomány.tároló tartály.belső 2016, 4638683 (2016).