Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Эндомикроскопия - это метод получения гистологических изображений изнутри человеческого тела в режиме реального времени [1] [2] [3], процесс, известный как «оптическая биопсия». [4] [5] Обычно это относится к флуоресцентной конфокальной микроскопии , хотя многофотонная микроскопия и оптическая когерентная томография также адаптированы для эндоскопического использования. [6] [7] [8] [9] Коммерчески доступные клинические и доклинические эндомикроскопы могут достигать разрешения порядка микрометра, иметь поле зрения в несколько сотен мкм и совместимы с флуорофорами.которые можно возбудить с помощью лазерного излучения с длиной волны 488 нм. Основное клиническое применение в настоящее время - визуализация краев опухоли головного мозга и желудочно-кишечного тракта , в частности, для диагностики и характеристики пищевода Барретта , кист поджелудочной железы и колоректальных поражений. Для эндомикроскопии был разработан ряд доклинических и транснациональных приложений, поскольку она позволяет исследователям выполнять визуализацию живых животных. Основные доклинические применения - это желудочно-кишечный тракт , обнаружение краев слизистой оболочки, маточные осложнения, ишемия, визуализация хрящей, сухожилий и органоидов в реальном времени.

Принципы [ править ]

Обычная широкопольная микроскопия обычно не подходит для визуализации толстых тканей, поскольку изображения искажаются размытым, не в фокусе фоновым сигналом. [10] Эндомикроскопы обеспечивают оптическое сечение (удаление интенсивности фона) с использованием принципа конфокальности - каждый кадр изображения собирается по точкам путем быстрого сканирования лазерного пятна по ткани. В настольных конфокальных микроскопах сканирование обычно выполняется с помощью громоздкого гальванометра или резонансных сканирующих зеркал. Эндомикроскопы либо имеют миниатюрную сканирующую головку на дистальном конце зонда для визуализации, либо выполняют сканирование за пределами пациента и используют пучок волокон для визуализации для передачи изображения сканирования на ткань. [3]

Эндомикроскопы с одним волокном [ править ]

В конфокальных эндомикроскопах с одним волокном кончик оптического волокна используется в качестве пространственного фильтра, что позволяет миниатюризировать микроскоп. Синий лазер с длиной волны 488 нм проходит от источника через оптическое волокно к гибкому переносному датчику. Оптика зонда фокусирует лазер на точку в ткани, возбуждая флуоресценцию. Излучаемый свет улавливается оптическим волокном и проходит через оптический фильтр к детектору. Изображение создается путем сканирования сфокусированного пятна по всей плоскости изображения и компиляции измерений интенсивности точки. Плоскость изображения можно перемещать вверх и вниз в образце, что позволяет создавать стопки трехмерных изображений. [11] Эндомикроскопы с одним волокном имеют разрешение, аналогичное разрешению обычного конфокального микроскопа. [12]

Эндомикроскопы с волоконным пучком [ править ]

Пучки волокон изначально были разработаны для использования в гибких эндоскопах . [13] и с тех пор были адаптированы для использования в эндомикроскопии. [14] [15] [16]Они состоят из большого количества (до десятков тысяч) сердечников волокна внутри единой общей оболочки, являются гибкими и имеют диаметр порядка миллиметра. В связном пучке волокон относительное положение сердечников сохраняется вдоль волокна, а это означает, что изображение, проецируемое на один конец пучка, будет передаваться на другой конец без скремблирования. Следовательно, если один конец пучка поместить в фокус настольного конфокального микроскопа, пучок будет действовать как гибкое удлинение и позволит проводить эндоскопические операции. Поскольку свет пропускают только сердцевины, а не оболочка, необходимо применить обработку изображений, чтобы удалить результирующий вид изображений в виде сот. [17]Каждая сердцевина, по сути, действует как пиксель изображения, поэтому расстояние между сердцевинами волокна ограничивает разрешение. Добавление микрооптики на дистальном конце пучка позволяет увеличить и, следовательно, получить изображение с более высоким разрешением, но за счет уменьшения поля зрения.

Дистальные сканирующие эндомикроскопы [ править ]

Дистальные сканирующие эндомикроскопы включают миниатюрное устройство 2D-сканирования в датчик изображения. Лазерное возбуждение и возвращающееся флуоресцентное излучение направляются в сканирующую головку и принимаются от нее с помощью оптического волокна. В большинстве экспериментальных устройств использовались либо сканирующие зеркала MEMS [18], либо прямое перемещение волокна с помощью электромагнитного срабатывания. [19]

Неконфокальные эндомикроскопы [ править ]

Эндомикроскопы с широким полем зрения (т.е. микроскопы с неглубоким срезом) были разработаны для некоторых приложений [20], включая визуализацию клеток ex vivo . [21] И оптическая когерентная томография, и многофотонная микроскопия были продемонстрированы эндоскопически. [22] [23] [24] В успешных реализациях использовалось дистальное сканирование, а не пучки волокон из-за проблем с дисперсией и потерей света.

Коммерческие продукты [ править ]

Были разработаны четыре эндомикроскопа: флуоресцентный эндомикроскоп in vivo - FIVE2 ( OptiScan Imaging Ltd , Мельбурн, Австралия), разработанный для доклинических исследований, нейрохирургический аппарат Convivo ( Carl Zeiss Meditech AG , Йена, Германия), Pentax ISC-1000 / Эндоскоп EC3870CIK ( Pentax / Hoya , Токио, Япония), в настоящее время снятый с некоторых рынков, и Cellvizio ( Mauna Kea Technologies, Париж, Франция). Устройство Pentax Medical было упаковано в эндоскоп, в котором использовалось сканирование одного волокна с электромагнитным управлением OptiScan для выполнения конфокального сканирования на дистальном конце устройства. Это обеспечивает субмикрометровое разрешение в большом поле зрения и до миллиона пикселей на кадр. Оригинальный инструмент Pentax имел переменную частоту кадров до 1,6 кадра в секунду и динамическую регулировку рабочего расстояния пользователем в диапазоне глубин от поверхности до 250 мкм. [19]Сканеры OptiScan второго поколения имеют регулируемую частоту кадров от 0,8 до 3,5 кадров в секунду, поле зрения 475 мкм и диапазон глубины поверхности до 400 мкм. Устройство Cellvizio Мауна Кеа имеет внешний блок лазерного сканирования и предлагает выбор зондов на основе волоконных жгутов с разрешением, полем обзора и рабочим расстоянием, оптимизированными для различных применений. Эти датчики совместимы со стандартными инструментальными каналами эндоскопа и имеют частоту кадров 12 Гц. [16]

Приложения [ править ]

Большинство клинических испытаний сосредоточено на применении в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ), особенно на обнаружении и характеристике предраковых поражений. OptiScan FIVE2 был сертифицирован по ISO 13485: 2016 в соответствии с 21CFR820 и правилами ЕС в отношении медицинских устройств для установки сканера в медицинские устройства, в то время как Cellvizio Мауна Кеа имеет допуск 510 (k) Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) и европейский знак CE. для клинического применения в желудочно-кишечном тракте и легочных путях. [3] Научные исследования предложили широкий спектр потенциальных применений, в том числе в мочевыводящих путях [5], голове и шее [25], яичниках [26] и легких. [27] Обычно используемые флуоресцентные красители включают местное нанесениеакрифлавин и внутривенно вводимый флуоресцеин натрия . [3] [28]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Паулл, PE и др., Конфокальная лазерная эндомикроскопия: учебник для патологов. Архив патологии и лабораторной медицины, 2011. 135: с. 1343-8.
  2. ^ Лю, JTC, и др., Обзорная статья: Современные тенденции в визуализации II Патология на месте оказания помощи с помощью миниатюрных микроскопов. Патология, 2011. 34: с. 81-98.
  3. ^ a b c d Джаббур, JM, и др., Конфокальная эндомикроскопия: инструменты и медицинские приложения. Летопись биомедицинской инженерии, 2011.
  4. ^ Ньютон, Р. К., и др., Прогресс в направлении оптической биопсии: поднесение микроскопа к пациенту. Легкое, 2011. 189: с. 111-9.
  5. ^ a b Сонн, Га и др., Оптическая биопсия неоплазии мочевого пузыря человека с конфокальной лазерной эндомикроскопией in vivo. Журнал урологии, 2009. 182: с. 1299-305.
  6. ^ Tearney, GJ, et al., Эндоскопическая оптическая биопсия in vivo с оптической когерентной томографией. Science, 1997. 276: с. 2037-2039.
  7. ^ Zysk, AM, и др., Оптическая когерентная томография: обзор клинических разработок от лаборатории до постели больного. Журнал биомедицинской оптики, 2012. 12: с. 051403.
  8. ^ Юнг, JC, и др., Визуализация мозга млекопитающих in vivo с использованием одно- и двухфотонной флуоресцентной микроэндоскопии. Журнал нейрофизиологии, 2004. 92: с. 3121-33.
  9. ^ Myaing, MT, и др., Волоконно-оптический сканирующий двухфотонный флуоресцентный эндоскоп. Оптика Лететрс, 2006. 31: с. 1076-78.
  10. ^ Уилсон, Т., Оптическое сечение в флуоресцентной микроскопии. Журнал микроскопии, 2011. 242: с. 111-6.
  11. ^ Гласс, Монти; Даббс, Тим (1992-02-20). «Одномодовые волокна, используемые в качестве отверстий в конфокальном микроскопе» . Прикладная оптика . 31 (6): 705–706. DOI : 10,1364 / AO.31.000705 . ISSN  2155-3165 .
  12. ^ Гласс, Монти; Даббс, Тим (1992-06-01). «Волоконно-оптический конфокальный микроскоп: FOCON» . Прикладная оптика . 31 (16): 3030–3035. DOI : 10,1364 / AO.31.003030 . ISSN 2155-3165 . 
  13. ^ HHHopkins и NSKapany, Гибкий фиброскоп, использующий статическое сканирование. Nature, 1954. 187: с. 39-40.
  14. ^ Гмитро, А.Ф. и Д. Азиз, Конфокальная микроскопия через волоконно-оптический пучок изображений. Optics Letters, 1993. 18: с. 565-567.
  15. ^ Махлуф, Х. и др., Мультиспектральный конфокальный микроэндоскоп для визуализации in vivo и in situ. Журнал биомедицинской оптики, 2008. 13: с. 044016.
  16. ^ a b Goualher, GL, et al. К оптической биопсии с интегрированным волоконным конфокальным флуоресцентным микроскопом. в MICCAI 2004. 2004.
  17. ^ Perchant, A., GL Goualher и F. Berier, Метод обработки изображения, полученного через проводник, состоящий из множества оптических волокон. 2011 г.
  18. ^ Диккеншитс, Д.Л., Кино Г.С. и сотрудник Л., Кремний-микромашинный сканирующий конфокальный оптический микроскоп. Сканирование, 1998. 7: с. 38-47.
  19. ^ a b Polglase, AL, WJ Mclaren и SA Skinner, Флуоресцентный конфокальный эндомикроскоп для микроскопии in vivo верхних и нижних отделов желудочно-кишечного тракта. Эндоскопия желудочно-кишечного тракта, 2005. 62.
  20. ^ Пирс, М.К. и др., Недорогая эндомикроскопия пищевода и толстой кишки. Am J Gastroenterol, 2012. 2011: с. 1722-1724.
  21. ^ Пирс, М., Д. Ю. и Р. Ричардс-Кортум, Волоконно-оптическая микроэндоскопия высокого разрешения для визуализации клеток in situ. Журнал визуализированных экспериментов: JoVE, 2011: с. 8-11.
  22. ^ Хо, Л. и др., Прямой резонансный оптоволоконный сканирующий эндоскоп с соответствующей скоростью сканирования для 3D-ОКТ-визуализации. Оптика-экспресс, 2010. 18: с. 14375-84.
  23. ^ Zhang, YY, et al., Компактный оптоволоконный сканирующий эндомикроскоп SHG и его применение для визуализации ремоделирования шейки матки во время беременности. Труды Национальной академии наук, 2012. 109: P. 12878-83.
  24. ^ Xi, JF и др., Интегрированная мультимодальная платформа для эндомикроскопии для одновременной фронтальной оптической когерентности и двухфотонной флуоресцентной визуализации. Optics Letters, 2012. 37: с. 362-44.
  25. ^ Haxel, BR и др., Конфокальная эндомикроскопия: новое приложение для визуализации слизистой оболочки полости рта и ротоглотки человека. Европейский архив оториноларингологии - Хирургия головы и шеи, 2010. 267: с. 443-8.
  26. ^ Tanbakuchi, Aa, et al., Визуализация ткани яичников in vivo с использованием нового конфокального микролапароскопа. Американский журнал акушерства и гинекологии, 2010. 202: с. 90.e1-9.
  27. ^ Mufti, N., et al., Волоконно-оптическая микроэндоскопия для доклинического изучения динамики бактериальной инфекции. Биомедицинская оптика экспресс, 2011. 2: с. 1121-34.
  28. ^ Шарман MJ et al. Экзогенный флуорофор, флуоресцеин, позволяет проводить оценку слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта in vivo с помощью конфокальной эндомикроскопии: оптимизация внутривенного дозирования на модели собаки. Журнал ветеринарной фармакологии и терапии, 2012. DOI: 10.1111 / jvp.12031