Paldies, ka apmeklējāt vietni Nature.com.Jūs izmantojat pārlūkprogrammas versiju ar ierobežotu CSS atbalstu.Lai nodrošinātu vislabāko pieredzi, ieteicams izmantot atjauninātu pārlūkprogrammu (vai atspējot saderības režīmu pārlūkprogrammā Internet Explorer).Turklāt, lai nodrošinātu pastāvīgu atbalstu, mēs rādām vietni bez stiliem un JavaScript.
Vienlaicīgi parāda trīs slaidu karuseli.Izmantojiet pogas Iepriekšējais un Nākamais, lai pārvietotos pa trim slaidiem vienlaikus, vai izmantojiet slīdņa pogas, kas atrodas beigās, lai pārvietotos pa trim slaidiem vienlaikus.
Konfokālā lāzerendoskopija ir jauna reāllaika optiskās biopsijas metode.Histoloģiskās kvalitātes fluorescējošus attēlus var iegūt uzreiz no dobu orgānu epitēlija.Pašlaik skenēšana tiek veikta proksimāli ar zondes instrumentiem, ko parasti izmanto klīniskajā praksē, ar ierobežotu fokusa kontroles elastību.Mēs demonstrējam parametriskā rezonanses skenera izmantošanu, kas uzstādīts endoskopa distālajā galā, lai veiktu ātrgaitas sānu novirzi.Atstarotāja centrā ir iegravēts caurums, lai saritinātu gaismas ceļu.Šis dizains samazina instrumenta izmēru līdz 2,4 mm diametrā un 10 mm garumā, ļaujot to virzīt uz priekšu pa standarta medicīnisko endoskopu darba kanālu.Kompaktais objektīvs nodrošina sānu un aksiālo izšķirtspēju attiecīgi 1,1 un 13,6 µm.Darba attālums 0 µm un redzes lauks 250 µm × 250 µm tiek sasniegts ar kadru ātrumu līdz 20 Hz.Uzbudinājums pie 488 nm ierosina fluoresceīnu, FDA apstiprinātu krāsvielu augstam audu kontrastam.Endoskopi ir atkārtoti apstrādāti 18 ciklus bez kļūmēm, izmantojot klīniski apstiprinātas sterilizācijas metodes.Rutīnas kolonoskopijas laikā tika iegūti fluorescējoši attēli no normālas resnās zarnas gļotādas, cauruļveida adenomas, hiperplastiskiem polipiem, čūlainā kolīta un Krona kolīta.Var identificēt atsevišķas šūnas, tostarp kolonocītus, kausu šūnas un iekaisuma šūnas.Var atšķirt tādas gļotādas pazīmes kā kapenes struktūras, kripta dobumi un lamina propria.Instrumentu var izmantot kā papildinājumu parastajai endoskopijai.
Konfokālā lāzerendoskopija ir jauna attēlveidošanas metode, kas tiek izstrādāta klīniskai lietošanai kā papildinājums ikdienas endoskopijai1,2,3.Šos elastīgos, ar optisko šķiedru savienotos instrumentus var izmantot, lai noteiktu slimības epitēlija šūnās, kas aptver dobus orgānus, piemēram, resnās zarnas.Šis plānais audu slānis ir ļoti metaboliski aktīvs un ir daudzu slimību, piemēram, vēža, infekciju un iekaisuma, avots.Endoskopija var sasniegt subcelulāru izšķirtspēju, nodrošinot reāllaika, gandrīz histoloģiskas kvalitātes in vivo attēlus, lai palīdzētu klīnicistiem pieņemt klīniskus lēmumus.Fiziskā audu biopsija rada asiņošanas un perforācijas risku.Bieži tiek savākts pārāk daudz vai pārāk maz biopsijas paraugu.Katrs noņemtais paraugs palielina operācijas izmaksas.Paiet vairākas dienas, līdz paraugu novērtē patologs.Patoloģijas rezultātu gaidīšanas dienās pacienti bieži izjūt trauksmi.Turpretim citām klīniskās attēlveidošanas metodēm, piemēram, MRI, CT, PET, SPECT un ultraskaņai, trūkst telpiskās izšķirtspējas un laika ātruma, kas nepieciešams, lai vizualizētu epitēlija procesus in vivo ar reāllaika subcelulāro izšķirtspēju.
Pašlaik klīnikās parasti izmanto uz zondi balstītu instrumentu (Cellvizio), lai veiktu "optisko biopsiju".Dizains ir balstīts uz telpiski saskaņotu optisko šķiedru komplektu4, kas apkopo un pārraida fluorescējošus attēlus.Viena šķiedras kodols darbojas kā "caurums", lai telpiski filtrētu defokusētu gaismu subcellulārai izšķirtspējai.Skenēšana tiek veikta proksimāli, izmantojot lielu, apjomīgu galvanometru.Šis noteikums ierobežo fokusa kontroles rīka iespējas.Agrīnas epitēlija karcinomas pareizai stadijai nepieciešama vizualizācija zem audu virsmas, lai novērtētu invāziju un noteiktu atbilstošu terapiju.Fluoresceīnu, FDA apstiprinātu kontrastvielu, ievada intravenozi, lai izceltu epitēlija strukturālās iezīmes. Šo endomikroskopu izmēri ir <2,4 mm diametrā, un tos var viegli virzīt uz priekšu pa standarta medicīnisko endoskopu biopsijas kanālu. Šo endomikroskopu izmēri ir <2,4 mm diametrā, un tos var viegli virzīt uz priekšu pa standarta medicīnisko endoskopu biopsijas kanālu. Эти эндомикроскопы имеют размеры <2,4 мм в диаметре и могут быть легко проведены через биопсийтный ка эндоскопов. Šo endomikroskopu diametrs ir <2,4 mm, un tos var viegli izlaist caur standarta medicīnisko endoskopu biopsijas kanālu.Šo boreskopu diametrs ir mazāks par 2,4 mm, un tie viegli iziet cauri standarta medicīnisko boreskopu biopsijas kanālam.Šī elastība nodrošina plašu klīnisko pielietojumu klāstu un ir neatkarīga no endoskopu ražotājiem.Izmantojot šo attēlveidošanas ierīci, ir veikti daudzi klīniskie pētījumi, tostarp agrīna barības vada, kuņģa, resnās zarnas un mutes dobuma vēža noteikšana.Ir izstrādāti attēlveidošanas protokoli un noteikta procedūras drošība.
Mikroelektromehāniskās sistēmas (MEMS) ir jaudīga tehnoloģija sīku skenēšanas mehānismu projektēšanai un ražošanai, ko izmanto endoskopu distālajā galā.Šī pozīcija (attiecībā pret proksimālo) nodrošina lielāku elastību, kontrolējot fokusa pozīciju5,6.Papildus sānu novirzei distālais mehānisms var veikt arī aksiālo skenēšanu, pēcobjektīva skenēšanu un brīvpiekļuves skenēšanu.Šīs iespējas nodrošina visaptverošāku epitēlija šūnu nopratināšanu, tostarp vertikālu šķērsgriezuma attēlveidošanu7, liela skata lauka (FOV)8 skenēšanu bez novirzēm un uzlabotu veiktspēju lietotāja definētajos apakšreģionos9.MEMS atrisina nopietno problēmu, kas saistīta ar skenēšanas dzinēja iepakošanu, izmantojot ierobežoto vietu instrumenta tālākajā galā.Salīdzinot ar lielgabarīta galvanometriem, MEMS nodrošina izcilu veiktspēju mazā izmērā, lielā ātrumā un zemā enerģijas patēriņā.Vienkāršu ražošanas procesu var palielināt masveida ražošanai ar zemām izmaksām.Iepriekš ziņots par daudziem MEMS dizainiem 10, 11, 12.Neviena no tehnoloģijām vēl nav pietiekami izstrādāta, lai ļautu plaši klīniski izmantot reāllaika in vivo attēlveidošanu, izmantojot medicīniskā endoskopa darba kanālu.Šeit mūsu mērķis ir demonstrēt MEMS skenera izmantošanu endoskopa distālajā galā cilvēka attēla iegūšanai in vivo ikdienas klīniskās endoskopijas laikā.
Optisko šķiedru instruments tika izstrādāts, izmantojot MEMS skeneri distālajā galā, lai savāktu reāllaika in vivo fluorescējošus attēlus ar līdzīgām histoloģiskajām īpašībām.Vienmoda šķiedra (SMF) ir ievietota elastīgā polimēra caurulē un ierosināta pie λex = 488 nm.Šī konfigurācija saīsina distālā gala garumu un ļauj to virzīt uz priekšu pa standarta medicīnisko endoskopu darba kanālu.Izmantojiet galu, lai centrētu optiku.Šīs lēcas ir izstrādātas, lai sasniegtu gandrīz difrakcijas aksiālo izšķirtspēju ar skaitlisko apertūru (NA) = 0,41 un darba attālumu = 0 µm13.Precīzas starplikas ir izgatavotas, lai precīzi izlīdzinātu optiku 14. Skeneris ir iepakots endoskopā ar stingru distālo galu, kura diametrs ir 2,4 mm un garums 10 mm (1.a att.).Šie izmēri ļauj to izmantot klīniskajā praksē kā palīgierīci endoskopijas laikā (1.b att.).Lāzera maksimālā jauda, ​​kas iekrita audos, bija 2 mW.
Konfokālā lāzerendoskopija (CLE) un MEMS skeneri.Fotogrāfija, kurā redzams (a) iepakots instruments ar stingru distālo galu, kura izmēri ir 2,4 mm diametrā un 10 mm garumā, un (b) taisna izeja caur standarta medicīniskā endoskopa (Olympus CF-HQ190L) darba kanālu.c) Skenera skats no priekšpuses, kurā redzams reflektors ar 50 µm centrālo atvērumu, caur kuru iziet ierosmes stars.Skeneris ir uzstādīts uz kardāna, ko darbina kvadrātveida ķemmes piedziņas komplekts.Ierīces rezonanses frekvenci nosaka vērpes atsperes izmērs.d) skenera sānskats, kurā redzams skeneris, kas uzstādīts uz statīva ar vadiem, kas savienoti ar elektrodu enkuriem, kas nodrošina piedziņas un strāvas signālu savienojuma punktus.
Skenēšanas mehānisms sastāv no kardānam piestiprināta reflektora, ko darbina ar ķemmi darbināmu kvadrātveida izpildmehānismu komplekts, lai novirzītu staru uz sāniem (XY plakne) saskaņā ar Lissajous modeli (1.c attēls).Centrā tika iegravēts caurums 50 µm diametrā, caur kuru izgāja ierosmes stars.Skeneris tiek darbināts ar konstrukcijas rezonanses frekvenci, kuru var noregulēt, mainot vērpes atsperes izmērus.Ierīces perifērijā tika iegravēti elektrodu enkuri, lai nodrošinātu pieslēguma punktus strāvas un vadības signāliem (1.d att.).
Attēlveidošanas sistēma ir uzstādīta uz pārnēsājamiem ratiņiem, kurus var ripināt operāciju zālē.Grafiskā lietotāja saskarne ir izstrādāta, lai atbalstītu lietotājus ar minimālām tehniskām zināšanām, piemēram, ārstus un medmāsas.Manuāli pārbaudiet skenera diskdziņa frekvenci, staru kūļa režīmu un attēla FOV.
Endoskopa kopējais garums ir aptuveni 4 metri, lai instrumenti varētu pilnībā iziet cauri standarta medicīniskā endoskopa darba kanālam (1,68 m), nodrošinot manevrētspējai papildu garumu.Endoskopa proksimālajā galā SMF un vadi beidzas savienotājos, kas savienojas ar bāzes stacijas optiskās šķiedras un vadu portiem.Instalācijā ir lāzers, filtra bloks, augstsprieguma pastiprinātājs un fotopavairotāja detektors (PMT).Pastiprinātājs piegādā skenerim strāvas un piedziņas signālus.Optiskā filtra bloks savieno lāzera ierosmi ar SMF un nodod fluorescenci PMT.
Endoskopi tiek atkārtoti apstrādāti pēc katras klīniskās procedūras, izmantojot STERRAD sterilizācijas procesu, un tie bez kļūmēm var izturēt līdz 18 cikliem.OPA šķīdumam pēc vairāk nekā 10 dezinfekcijas cikliem bojājumu pazīmes netika novērotas.OPA rezultāti pārspēja STERRAD rezultātus, kas liecina, ka endoskopu kalpošanas laiku varētu pagarināt ar augsta līmeņa dezinfekciju, nevis atkārtotu sterilizāciju.
Attēla izšķirtspēja tika noteikta, izmantojot punktu izkliedes funkciju, izmantojot fluorescējošas lodītes ar diametru 0, 1 μm.Sānu un aksiālajai izšķirtspējai tika izmērīts pilns platums pie puse maksimuma (FWHM) attiecīgi 1,1 un 13,6 µm (2.a, b att.).
Attēlu opcijas.Fokusēšanas optikas sānu (a) un aksiālo (b) izšķirtspēju raksturo punktveida izkliedes funkcija (PSF), ko mēra, izmantojot fluorescējošas mikrosfēras ar diametru 0, 1 μm.Izmērītais pilnais platums pusmaksimālā (FWHM) bija attiecīgi 1,1 un 13,6 µm.Ielaidums: tiek parādīti izvērsti vienas mikrosfēras skati šķērsvirzienā (XY) un aksiālajā (XZ) virzienā.(c) Fluorescējošs attēls, kas iegūts no standarta (USAF 1951) mērķa sloksnes (sarkans ovāls), kas parāda, ka 7.–6. grupu var skaidri izšķirt.(d) 10 µm diametra izkliedētu fluorescējošu mikrosfēru attēls, kas parāda attēla redzamības lauku 250 µm × 250 µm.PŠŠ (a, b) tika izgatavoti, izmantojot MATLAB R2019a (https://www.mathworks.com/).(c, d) Fluorescējošie attēli tika savākti, izmantojot LabVIEW 2021 (https://www.ni.com/).
Fluorescējošie attēli no standarta izšķirtspējas objektīviem skaidri atšķir kolonnu kopu grupās 7-6, kas saglabā augstu sānu izšķirtspēju (2.c att.).Skata lauks (FOV) 250 µm × 250 µm tika noteikts no 10 µm diametra fluorescējošu lodīšu attēliem, kas izkliedēti uz segstikliņiem (2.d attēls).
Klīniskajā attēlveidošanas sistēmā ir ieviesta automatizēta metode PMT pastiprinājuma kontrolei un fāzes korekcijai, lai samazinātu kustību artefaktus no endoskopiem, resnās zarnas peristaltikas un pacienta elpošanas.Attēlu rekonstrukcijas un apstrādes algoritmi ir aprakstīti iepriekš14,15.PMT pastiprinājumu kontrolē proporcionāli integrālais (PI) kontrolleris, lai novērstu intensitātes piesātinājumu16.Sistēma nolasa maksimālo pikseļu intensitāti katram kadram, aprēķina proporcionālās un integrālās atbildes un nosaka PMT pastiprinājuma vērtības, lai nodrošinātu, ka pikseļu intensitāte ir pieļaujamajā diapazonā.
In vivo attēlveidošanas laikā fāzes neatbilstība starp skenera kustību un vadības signālu var izraisīt attēla izplūšanu.Šādas sekas var rasties ierīces temperatūras izmaiņu dēļ cilvēka ķermenī.Baltās gaismas attēli parādīja, ka endoskops in vivo saskaras ar normālu resnās zarnas gļotādu (3.a attēls).Neatkārtotu pikseļu izplūšanu var redzēt normālas resnās zarnas gļotādas neapstrādātajos attēlos (3.b attēls).Pēc apstrādes ar pareizu fāzes un kontrasta regulēšanu varēja izdalīt gļotādas subcelulāras pazīmes (3.c att.).Papildinformācijai neapstrādāti konfokālie attēli un apstrādāti reāllaika attēli ir parādīti S1 attēlā, un attēla rekonstrukcijas parametri, kas izmantoti reāllaika un pēcapstrādei, ir parādīti S1 un S2 tabulā.
Attēlu apstrāde.(a) Platleņķa endoskopisks attēls, kurā redzams endoskops (E), kas atrodas saskarē ar normālu (N) resnās zarnas gļotādu, lai pēc fluoresceīna ievadīšanas savāktu in vivo fluorescējošus attēlus.(b) Ja skenēšanas laikā klejojat pa X un Y asīm, nepareizi izlīdzinātie pikseļi var izplūdināt.Demonstrācijas nolūkos sākotnējam attēlam tiek piemērota liela fāzes nobīde.c) Pēc pēcapstrādes fāzes korekcijas var novērtēt gļotādas detaļas, tostarp kriptu struktūras (bultiņas), ar centrālo lūmenu (l), ko ieskauj lamina propria (lp).Var atšķirt atsevišķas šūnas, tostarp kolonocītus (c), kausu šūnas (g) un iekaisuma šūnas (bultiņas).Skatiet 1. papildu video. (b, c) Attēli, kas apstrādāti, izmantojot LabVIEW 2021.
Konfokālās fluorescences attēli ir iegūti in vivo vairākās resnās zarnas slimībās, lai parādītu instrumenta plašo klīnisko pielietojamību.Platleņķa attēlveidošana vispirms tiek veikta, izmantojot baltu gaismu, lai noteiktu rupji patoloģisku gļotādu.Pēc tam endoskops tiek virzīts pa kolonoskopa darba kanālu un nonāk saskarē ar gļotādu.
Plaša lauka endoskopijas, konfokālās endomikroskopijas un histoloģijas (H&E) attēli tiek parādīti resnās zarnas neoplazijai, ieskaitot tubulāro adenomu un hiperplastisku polipu. Plaša lauka endoskopijas, konfokālās endomikroskopijas un histoloģijas (H&E) attēli tiek parādīti resnās zarnas neoplazijai, ieskaitot tubulāro adenomu un hiperplastisku polipu. Широкопольная эндоскопия, конфокальная эндомикроскопия и гистологические (H&E) чая тубулярную аденому и гиперпластический полип. Resnās zarnas endoskopija, konfokālā endomikroskopija un histoloģiskā (H&E) attēlveidošana ir indicēta resnās zarnas neoplazijai, tostarp tubulārai adenomai un hiperplastiskam polipam.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、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巨哮徨果学(H&E) attēls. Широкопольная эндоскопия, конфокальная микроэндоскопия и гистологические (H&E) изображения, показывающие, показывающие чая тубулярные аденомы и гиперпластические полипы. Plaša lauka endoskopija, konfokālā mikroendoskopija un histoloģiskie (H&E) attēli, kas parāda resnās zarnas audzējus, tostarp cauruļveida adenomas un hiperplastiskus polipus.Cauruļveida adenomas uzrādīja normālas kripta arhitektūras zudumu, kausa šūnu izmēra samazināšanos, kripta lūmena izkropļojumus un lamina propria sabiezēšanu (4.a-c att.).Hiperplastiskiem polipiem bija kriptu zvaigžņu arhitektūra, dažas kausu šūnas, spraugam līdzīgs kriptu lūmenis un neregulāras lamelāras kriptas (4.d-f att.).
Gļotādas biezas ādas attēls in vivo. Reprezentatīvi baltās gaismas endoskopijas, konfokālā endomikroskopa un histoloģijas (H&E) attēli ir parādīti (ac) adenomai, (df) hiperplastiskam polipam, (gi) čūlainam kolītam un (jl) Krona kolītam. Reprezentatīvi baltās gaismas endoskopijas, konfokālā endomikroskopa un histoloģijas (H&E) attēli ir parādīti (ac) adenomai, (df) hiperplastiskam polipam, (gi) čūlainam kolītam un (jl) Krona kolītam. Типичные изображения эндоскопии в белом свете, конфокального эндомикроскопа и гистологии (H&E) показажения показаны) стического полипа, (gi) язвенного колита и (jl) колита Крона. Tipiski baltās gaismas endoskopijas, konfokālā endomikroskopa un histoloģijas (H&E) attēli tiek parādīti (ac) adenomai, (df) hiperplastiskam polipam, (gi) čūlainam kolītam un (jl) Krona kolītam.显示了(ac) 腺瘤、(df) 增生性息肉、(gi) 溃疡性结肠炎和(jl) 克罗恩结肠癡兺结肠炎皟检查、共聚焦内窥镜检查和组织学( H&E) 图像. Tas parāda(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熅肠的䧓育共公司内肠肠炎性和电视学(H&E ) attēls. Представлены репрезентативные эндоскопия в белом свете, конфокальная эндоскопия и гистология (ac) адентативные аделом свете, (ac) аделом свете оза, (gi) язвенного колита и (jl) колита Крона (H&E). Tiek parādīta reprezentatīvā baltās gaismas endoskopija, konfokālā endoskopija un (ac) adenomas, (df) hiperplastiskās polipozes, (gi) čūlainā kolīta un (jl) Krona kolīta (H&E) histoloģija.(B) parāda konfokālu attēlu, kas iegūts in vivo no cauruļveida adenomas (TA), izmantojot endoskopu (E).Šis pirmsvēža bojājums parāda normālas kripta arhitektūras zudumu (bultiņa), kripta lūmena izkropļojumus (l) un kripta lamina propria (lp) sablīvēšanos.Var identificēt arī kolonocītus (c), kausu šūnas (g) un iekaisuma šūnas (bultiņas).Smt.Papildu video 2. (e) parāda konfokālu attēlu, kas iegūts no hiperplastiska polipa (HP) in vivo.Šis labdabīgais bojājums demonstrē zvaigžņu kripta arhitektūru (bultiņa), spraugai līdzīgu kripta lūmenu (l) un neregulāras formas lamina propria (lp).Var identificēt arī kolonocītus (c), vairākas kausu šūnas (g) un iekaisuma šūnas (bultiņas).Smt.Papildu video 3. (h) parāda konfokālus attēlus, kas iegūti čūlainais kolīts (UC) in vivo.Šis iekaisuma stāvoklis parāda izkropļotu kriptu arhitektūru (bultiņa) un ievērojamas kausa šūnas (g).Fluoresceīna spalvas (f) tiek izspiestas no epitēlija šūnām, atspoguļojot palielinātu asinsvadu caurlaidību.Daudzas iekaisuma šūnas (bultiņas) ir redzamas lamina propria (lp).Smt.Papildu video 4. (k) parāda konfokālu attēlu, kas iegūts in vivo no Krona kolīta (CC) reģiona.Šis iekaisuma stāvoklis parāda izkropļotu kriptu arhitektūru (bultiņa) un ievērojamas kausa šūnas (g).Fluoresceīna spalvas (f) tiek izspiestas no epitēlija šūnām, atspoguļojot palielinātu asinsvadu caurlaidību.Daudzas iekaisuma šūnas (bultiņas) ir redzamas lamina propria (lp).Smt.Papildu video 5. (b, d, h, l) Attēli, kas apstrādāti, izmantojot LabVIEW 2021.
Parādīts līdzīgs resnās zarnas iekaisuma attēlu kopums, tostarp čūlainais kolīts (UC) (4.g-i attēls) un Krona kolīts (4j-l attēls).Tiek uzskatīts, ka iekaisuma reakciju raksturo izkropļotas kriptu struktūras ar izvirzītām kausa šūnām.Fluoresceīns tiek izspiests no epitēlija šūnām, atspoguļojot palielinātu asinsvadu caurlaidību.Lamina propriā var redzēt lielu skaitu iekaisuma šūnu.
Mēs esam pierādījuši elastīga ar šķiedru savienota konfokālā lāzerendoskopa klīnisko pielietojumu, kas izmanto distāli novietotu MEMS skeneri in vivo attēla iegūšanai.Rezonanses frekvencē kadru ātrumu līdz 20 Hz var sasniegt, izmantojot augsta blīvuma Lissajous skenēšanas režīmu, lai samazinātu kustības artefaktus.Optiskais ceļš ir salocīts, lai nodrošinātu staru kūļa izplešanos un skaitlisko apertūru, kas ir pietiekama, lai sasniegtu sānu izšķirtspēju 1,1 µm.Histoloģiskās kvalitātes fluorescējoši attēli tika iegūti normālas resnās zarnas gļotādas, cauruļveida adenomu, hiperplastisku polipu, čūlainā kolīta un Krona kolīta parastās kolonoskopijas laikā.Var identificēt atsevišķas šūnas, tostarp kolonocītus, kausu šūnas un iekaisuma šūnas.Var atšķirt tādas gļotādas pazīmes kā kapenes struktūras, kripta dobumi un lamina propria.Precīzā aparatūra ir mikroapstrādāta, lai nodrošinātu precīzu atsevišķu optisko un mehānisko komponentu izlīdzināšanu 2,4 mm diametra x 10 mm garuma instrumentā.Optiskā konstrukcija pietiekami samazina stingrā distālā gala garumu, lai nodrošinātu tiešu izeju caur standarta izmēra (3,2 mm diametra) darba kanālu medicīniskajos endoskopos.Tāpēc neatkarīgi no ražotāja ierīci var plaši izmantot dzīvesvietas ārsti.Uzbudinājums tika veikts pie λex = 488 nm, lai ierosinātu fluoresceīnu, FDA apstiprinātu krāsvielu, lai iegūtu augstu kontrastu.Instruments tika bez problēmām atkārtoti apstrādāts 18 ciklus, izmantojot klīniski pieņemtas sterilizācijas metodes.
Divi citi instrumentu modeļi ir klīniski apstiprināti.Cellvizio (Mauna Kea Technologies) ir uz zondi balstīts konfokālais lāzera endoskops (pCLE), kas izmanto daudzmodu koherentu optiskās šķiedras kabeļu komplektu, lai savāktu un pārraidītu fluorescences attēlus1.Galvo spogulis, kas atrodas uz bāzes stacijas, veic sānu skenēšanu proksimālajā galā.Optiskās sekcijas tiek savāktas horizontālajā (XY) plaknē ar dziļumu no 0 līdz 70 µm.Mikrozondes komplekti ir pieejami no 0,91 (19 G adata) līdz 5 mm diametrā.Tika sasniegta sānu izšķirtspēja no 1 līdz 3,5 µm.Attēli tika savākti ar kadru ātrumu no 9 līdz 12 Hz ar viendimensijas redzes lauku no 240 līdz 600 µm.Platforma ir klīniski izmantota dažādās jomās, tostarp žultsvados, urīnpūslī, resnajā zarnā, barības vadā, plaušās un aizkuņģa dziedzerī.Optiscan Pty Ltd ir izstrādājis uz endoskopu balstītu konfokālo lāzerendoskopu (eCLE) ar skenēšanas dzinēju, kas iebūvēts profesionāla endoskopa (EC-3870K, Pentax Precision Instruments) ievietošanas caurulē (distālajā galā) 17 .Optiskā sekcija tika veikta, izmantojot vienmoda šķiedru, un sānu skenēšana tika veikta, izmantojot konsoles mehānismu caur rezonanses kamertoni.Formas atmiņas sakausējuma (nitinola) izpildmehānisms tiek izmantots, lai izveidotu aksiālo nobīdi.Konfokālā moduļa kopējais diametrs ir 5 mm.Fokusēšanai tiek izmantots GRIN objektīvs ar skaitlisko diafragmas atvērumu NA = 0,6.Horizontālie attēli tika iegūti ar sānu un aksiālo izšķirtspēju attiecīgi 0, 7 un 7 µm ar kadru ātrumu 0, 8–1, 6 Hz un redzes lauku 500 µm × 500 µm.
Mēs demonstrējam subcelulāro izšķirtspēju in vivo fluorescences attēlveidošanas iegūšanu no cilvēka ķermeņa, izmantojot medicīnisko endoskopu, izmantojot distālā gala MEMS skeneri.Fluorescence nodrošina augstu attēla kontrastu, un ligandus, kas saistās ar šūnu virsmas mērķiem, var marķēt ar fluoroforiem, lai nodrošinātu molekulāro identitāti uzlabotai slimības diagnostikai18.Tiek izstrādātas arī citas in vivo mikroendoskopijas optiskās metodes. OCT izmanto īso koherences garumu no platjoslas gaismas avota, lai savāktu attēlus vertikālā plaknē ar dziļumu > 1 mm19. OCT izmanto īso koherences garumu no platjoslas gaismas avota, lai savāktu attēlus vertikālā plaknē ar dziļumu > 1 mm19. ОКТ использует короткую длину когерентности широкополосного источника света для сбора изображений воснойплка.1 19. OCT izmanto platjoslas gaismas avota īso koherences garumu, lai iegūtu attēlus vertikālā plaknē ar dziļumu> 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 изображений на глубра1 сти. AZT izmanto platjoslas gaismas avota īso koherences garumu, lai iegūtu attēlus > 1 mm19 vertikālā plaknē.Tomēr šī zema kontrasta pieeja balstās uz atpakaļ izkliedētās gaismas kolekciju, un attēla izšķirtspēju ierobežo plankumaini artefakti.Fotoakustiskā endoskopija ģenerē in vivo attēlus, pamatojoties uz strauju termoelastīgo izplešanos audos pēc lāzera impulsa, kas rada skaņas viļņus, absorbcijas20. Šī pieeja ir parādījusi attēlveidošanas dziļumu> 1 cm cilvēka resnajā zarnā in vivo, lai uzraudzītu terapiju. Šī pieeja ir parādījusi attēlveidošanas dziļumu> 1 cm cilvēka resnajā zarnā in vivo, lai uzraudzītu terapiju. Этот подход продемонстрировал глубину визуализации > 1 см в толстой кишке человека in vivo для мониторинстрировал терапинга т. Šī pieeja ir parādījusi attēlveidošanas dziļumu> 1 cm cilvēka resnajā zarnā in vivo terapijas uzraudzībai.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. Šī pieeja ir pierādīta attēlveidošanas dziļumā > 1 cm cilvēka resnajā zarnā in vivo, lai uzraudzītu terapiju.Kontrastu galvenokārt ražo asinsvados esošais hemoglobīns.Daudzfotonu endoskopija rada augsta kontrasta fluorescences attēlus, kad divi vai vairāki NIR fotoni vienlaikus skar audu biomolekulas21. Šī pieeja var sasniegt attēlveidošanas dziļumu> 1 mm ar zemu fototoksicitāti. Šī pieeja var sasniegt attēlveidošanas dziļumu> 1 mm ar zemu fototoksicitāti. Этот подход может обеспечить глубину изображения > 1 мм с низкой фототоксичностью. Šī pieeja var nodrošināt attēla dziļumu > 1 mm ar zemu fototoksicitāti.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. Šī pieeja var nodrošināt attēla dziļumu > 1 mm ar zemu fototoksicitāti.Nepieciešami augstas intensitātes femtosekundes lāzerimpulsi, un šī metode endoskopijas laikā nav klīniski pierādīta.
Šajā prototipā skeneris veic tikai sānu novirzi, tāpēc optiskā daļa atrodas horizontālā (XY) plaknē.Ierīce spēj darboties ar lielāku kadru ātrumu (20 Hz) nekā Cellvizio sistēmas galvaniskie spoguļi (12 Hz).Palieliniet kadru ātrumu, lai samazinātu kustības artefaktus, un samaziniet kadru ātrumu, lai pastiprinātu signālu.Ir nepieciešami ātrdarbīgi un automatizēti algoritmi, lai mazinātu lielus kustības artefaktus, ko izraisa endoskopiskā kustība, elpošanas kustība un zarnu kustīgums.Ir pierādīts, ka parametru rezonanses skeneri sasniedz aksiālos pārvietojumus, kas pārsniedz simtiem mikronu22. Attēlus var savākt vertikālā plaknē (XZ), kas ir perpendikulāra gļotādas virsmai, lai nodrošinātu tādu pašu skatu kā histoloģijā (H&E). Attēlus var savākt vertikālā plaknē (XZ), kas ir perpendikulāra gļotādas virsmai, lai nodrošinātu tādu pašu skatu kā histoloģijā (H&E). Изображения могут быть получены в вертикальной плоскости (XZ), перпендикулярной поверхности слизистой, слизистой, такое же изображение, как при гистологии (H&E). Attēlus var uzņemt vertikālā plaknē (XZ), kas ir perpendikulāra gļotādas virsmai, lai nodrošinātu tādu pašu attēlu kā histoloģijā (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). Attēlus var uzņemt vertikālā plaknē (XZ), kas ir perpendikulāra gļotādas virsmai, lai nodrošinātu tādu pašu attēlu kā histoloģiskajā izmeklēšanā (H&E).Lai samazinātu jutību pret novirzēm, skeneri var novietot pozīcijā pēc objektīva, kur apgaismojuma stars krīt pa galveno optisko asi.Gandrīz difrakcijas ierobežoti fokusa tilpumi var novirzīties patvaļīgi lielos redzes laukos.Brīvpiekļuves skenēšanu var veikt, lai novirzītu atstarotājus lietotāja noteiktās pozīcijās9.Skata lauku var samazināt, lai izceltu patvaļīgus attēla apgabalus, uzlabojot signāla un trokšņa attiecību, kontrastu un kadru ātrumu.Skenerus var ražot masveidā, izmantojot vienkāršus procesus.Uz katras silīcija plāksnītes var izgatavot simtiem ierīču, lai palielinātu ražošanu zemu izmaksu masveida ražošanai un plašai izplatīšanai.
Salocītais gaismas ceļš samazina stingrā distālā gala izmēru, padarot endoskopu ērti lietojamu kā piederumu rutīnas kolonoskopijas laikā.Parādītajos fluorescējošajos attēlos var redzēt gļotādas subcelulāras pazīmes, lai atšķirtu tubulāras adenomas (pirmsvēža) no hiperplastiskiem polipiem (labdabīgiem).Šie rezultāti liecina, ka endoskopija var samazināt nevajadzīgo biopsiju skaitu23.Var samazināt ar operāciju saistītās vispārējās komplikācijas, optimizēt uzraudzības intervālus un samazināt nelielu bojājumu histoloģisko analīzi.Mēs arī rādām in vivo attēlus pacientiem ar iekaisīgu zarnu slimību, tostarp čūlaino kolītu (UC) un Krona kolītu.Parastā baltās gaismas kolonoskopija nodrošina gļotādas virsmas makroskopisku skatu ar ierobežotu spēju precīzi novērtēt gļotādas dzīšanu.Endoskopiju var izmantot in vivo, lai novērtētu bioloģiskās terapijas, piemēram, anti-TNF24 antivielu, efektivitāti.Precīzs in vivo novērtējums var arī samazināt vai novērst slimības recidīvu un komplikācijas, piemēram, operācijas, un uzlabot dzīves kvalitāti.Klīniskos pētījumos, kas saistīti ar fluoresceīnu saturošu endoskopu lietošanu in vivo, nav ziņots par nopietnām blakusparādībām25. Lāzera jauda uz gļotādas virsmas tika ierobežota līdz <2 mW, lai samazinātu termisku traumu risku un atbilstu FDA prasībām par nenozīmīgu risku26 uz 21 CFR 812. Lāzera jauda uz gļotādas virsmas tika ierobežota līdz <2 mW, lai samazinātu termisku traumu risku un atbilstu FDA prasībām attiecībā uz nenozīmīgu risku26 uz 21 CFR 812. Мощность лазера на поверхности слизистой оболочки была ограничена до <2 мВт, чтобы свести к минимочермсому и соответствовать требованиям FDA относительно незначительного риска26 согласно 21 CFR 812. Lāzera jauda uz gļotādas virsmas tika ierobežota līdz <2 mW, lai samazinātu termisko bojājumu risku un atbilstu FDA prasībām attiecībā uz nenozīmīgu risku26 saskaņā ar 21 CFR 812.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，并滎险，并满险，并满险，并满 险，并满 险，并满 险，并满 ?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 минимочермсому и соответствовать требованиям FDA 21 CFR 812 относительно незначительного риска26. Lāzera jauda uz gļotādas virsmas tika ierobežota līdz <2 mW, lai samazinātu termisko bojājumu risku un atbilstu FDA 21 CFR 812 prasībām attiecībā uz nenozīmīgu risku26.
Instrumenta dizainu var mainīt, lai uzlabotu attēla kvalitāti.Ir pieejama īpaša optika, lai samazinātu sfērisko aberāciju, uzlabotu attēla izšķirtspēju un palielinātu darba attālumu.SIL var noregulēt, lai labāk atbilstu audu refrakcijas indeksam (~ 1,4), lai uzlabotu gaismas savienojumu.Piedziņas frekvenci var regulēt, lai palielinātu skenera sānu leņķi un paplašinātu attēla skata lauku.Varat izmantot automatizētas metodes, lai noņemtu attēla kadrus ar ievērojamu kustību, lai mazinātu šo efektu.Lai nodrošinātu augstas veiktspējas reāllaika pilna kadra korekciju, tiks izmantots uz lauka programmējams vārtu masīvs (FPGA) ar ātrdarbīgu datu ieguvi.Lai nodrošinātu lielāku klīnisko lietderību, automatizētajām metodēm ir jākoriģē fāzes nobīde un kustības artefakti, lai attēlu interpretētu reāllaikā.Monolītu 3 asu parametrisko rezonanses skeneri var ieviest, lai ieviestu aksiālo skenēšanu 22 . Šīs ierīces ir izstrādātas, lai sasniegtu nepieredzētu vertikālo nobīdi > 400 µm, regulējot piedziņas frekvenci režīmā, kurā ir jaukta mīkstināšanas/stingrības dinamika27. Šīs ierīces ir izstrādātas, lai sasniegtu nepieredzētu vertikālo nobīdi > 400 µm, regulējot piedziņas frekvenci režīmā, kurā ir jaukta mīkstināšanas/stingrības dinamika27. Эти устройства были разработаны для достижения беспрецедентного вертикального смещения > 400 мкм путеботам начрой жиме, который характеризуется смешанной динамикой смягчения/жесткости27. Šīs ierīces ir izstrādātas, lai sasniegtu nepieredzētu vertikālu nobīdi > 400 µm, iestatot piedziņas frekvenci režīmā, kam raksturīga jaukta mīksta/cieta dinamika27.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通通过在具有混合软化有的>400 µm 的垂直位移27.这些 设备 的 开发 是 为了 在 具有 混合 软化 硬化 硬化 学 学 楞 凃 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 начастройстем жиме со смешанной кинетикой размягчения/затвердевания27. Šīs ierīces ir izstrādātas, lai sasniegtu nepieredzētus vertikālos pārvietojumus > 400 µm, regulējot sprūda frekvenci jauktā mīkstināšanas/sacietēšanas kinētikas režīmā27.Nākotnē vertikālā šķērseniskā attēlveidošana var palīdzēt diagnosticēt agrīnu vēzi (T1a).Var ieviest kapacitatīvo sensoru ķēdi, lai izsekotu skenera kustībai un koriģētu fāzes nobīdi 28 .Automātiskā fāzes kalibrēšana, izmantojot sensora ķēdi, var aizstāt manuālo instrumenta kalibrēšanu pirms lietošanas.Instrumenta uzticamību var uzlabot, izmantojot uzticamākas instrumentu blīvēšanas metodes, lai palielinātu apstrādes ciklu skaitu.MEMS tehnoloģija sola paātrināt endoskopu izmantošanu dobu orgānu epitēlija vizualizēšanai, slimību diagnosticēšanai un ārstēšanas uzraudzībai minimāli invazīvā veidā.Turpinot attīstību, šī jaunā attēlveidošanas metode varētu kļūt par zemu izmaksu risinājumu, ko izmantot kā papildinājumu medicīniskajiem endoskopiem tūlītējai histoloģiskai izmeklēšanai, un galu galā tā varētu aizstāt tradicionālo patoloģisko analīzi.
Lai noteiktu fokusēšanas optikas parametrus, tika veiktas staru izsekošanas simulācijas, izmantojot ZEMAX optiskās projektēšanas programmatūru (versija 2013).Projektēšanas kritēriji ietver gandrīz difrakcijas aksiālo izšķirtspēju, darba attālumu = 0 µm un redzes lauku (FOV), kas lielāks par 250 × 250 µm2.Ierosināšanai pie viļņa garuma λex = 488 nm tika izmantota vienmoda šķiedra (SMF).Lai samazinātu fluorescences kolekcijas dispersiju, tiek izmantoti ahromatiskie dubleti (5.a attēls).Stars iet cauri SMF ar režīma lauka diametru 3,5 μm un bez saīsināšanas iet caur reflektora centru ar apertūras diametru 50 μm.Izmantojiet cietās iegremdēšanas (puslodes formas) objektīvu ar augstu refrakcijas indeksu (n = 2,03), lai samazinātu krītošā stara sfērisko aberāciju un nodrošinātu pilnīgu saskari ar gļotādas virsmu.Fokusēšanas optika nodrošina kopējo NA = 0,41, kur NA = nsinα, n ir audu refrakcijas indekss, α ir maksimālais staru kūļa konverģences leņķis.Difrakcijas ierobežotā sānu un aksiālā izšķirtspēja ir attiecīgi 0,44 un 6,65 µm, izmantojot NA = 0,41, λ = 488 nm un n = 1,3313.Tika ņemtas vērā tikai komerciāli pieejamas lēcas ar ārējo diametru (OD) ≤ 2 mm.Optiskais ceļš ir salocīts, un stars, kas iziet no SMF, iet caur skenera centrālo apertūru un tiek atstarots atpakaļ ar fiksētu spoguli (diametrs 0,29 mm).Šī konfigurācija saīsina cietā distālā gala garumu, lai atvieglotu endoskopa pārvietošanos uz priekšu caur standarta (3,2 mm diametra) medicīnisko endoskopu darba kanālu.Šī funkcija ļauj to viegli izmantot kā piederumu ikdienas endoskopijas laikā.
Salocīts gaismas vadotnes un endoskopa iepakojums.a) ierosmes stars iziet no OBC un iet caur skenera centrālo apertūru.Stars tiek paplašināts un atspoguļots no fiksēta apļveida spoguļa atpakaļ skenerī, lai nodrošinātu sānu novirzi.Fokusēšanas optika sastāv no ahromatisku dubultlēcu pāra un cietas iegremdēšanas (puslodes) lēcas, kas nodrošina kontaktu ar gļotādas virsmu.ZEMAX 2013 (https://www.zemax.com/) optiskajam dizainam un staru izsekošanas simulācijai.(b) parāda dažādu instrumentu komponentu atrašanās vietu, tostarp vienmodas šķiedru (SMF), skeneri, spoguļus un lēcas.Solidworks 2016 (https://www.solidworks.com/) tika izmantota endoskopa iepakojuma 3D modelēšanai.
SMF (#460HP, Thorlabs) ar režīma lauka diametru 3,5 µm pie viļņa garuma 488 nm tika izmantots kā “caurums” defokusētas gaismas telpiskajai filtrēšanai (5.b att.).SMF ir ievietoti elastīgās polimēru caurulēs (#Pebax 72D, Nordson MEDICAL).Lai nodrošinātu pietiekamu attālumu starp pacientu un attēlveidošanas sistēmu, tiek izmantots aptuveni 4 metru garums.Lai fokusētu staru kūli un savāktu fluorescenci, tika izmantots 2 mm MgF2 pārklājuma ahromatisko dubultlēcu pāris (#65568, #65567, Edmund Optics) un 2 mm nepārklāts puslodes formas objektīvs (#90858, Edmund Optics).Ievietojiet nerūsējošā tērauda gala cauruli (4 mm gara, 2,0 mm OD, 1,6 mm ID) starp sveķiem un ārējo cauruli, lai izolētu skenera vibrāciju.Izmantojiet medicīniskās līmes, lai aizsargātu instrumentu no ķermeņa šķidrumiem un apstrādes procedūrām.Lai aizsargātu savienotājus, izmantojiet termosarūkošās caurules.
Kompaktais skeneris ir izgatavots pēc parametriskās rezonanses principa.Atstarotāja centrā iegravējiet 50 µm atvērumu, lai pārraidītu ierosmes staru.Izmantojot kvadrātveida ķemmes piedziņas komplektu, Lissajous režīmā paplašinātais stars tiek novirzīts šķērsvirzienā ortogonālā virzienā (XY plakne).Analogo signālu ģenerēšanai skenera vadīšanai tika izmantota datu iegūšanas plate (#DAQ PCI-6115, NI).Barošana tika nodrošināta ar augstsprieguma pastiprinātāju (#PDm200, PiezoDrive) caur plāniem vadiem (#B4421241, MWS Wire Industries).Izveidojiet elektroinstalāciju uz elektrodu armatūras.Skeneris darbojas ar frekvencēm, kas ir tuvu 15 kHz (ātrā ass) un 4 kHz (lēnā ass), lai sasniegtu FOV līdz 250 µm × 250 µm.Video var uzņemt ar kadru frekvenci 10, 16 vai 20 Hz.Šie kadru ātrumi tiek izmantoti, lai atbilstu Lissajous skenēšanas modeļa atkārtošanās ātrumam, kas ir atkarīgs no skenera X un Y ierosmes frekvenču vērtības29.Sīkāka informācija par kompromisiem starp kadru ātrumu, pikseļu izšķirtspēju un skenēšanas modeļa blīvumu ir sniegta mūsu iepriekšējā darbā14.
Cietvielu lāzers (#OBIS 488 LS, koherents) nodrošina λex = 488 nm, lai ierosinātu fluoresceīnu attēla kontrastam (6.a attēls).Optiskie pigtails ir savienoti ar filtra bloku, izmantojot FC/APC savienotājus (zaudējumi 1,82 dB) (6.b att.).Staru novirza dihromisks spogulis (#WDM-12P-111-488/500:600, Oz Optics) SMF caur citu FC/APC savienotāju.Saskaņā ar 21. CFR 812. audiem krītošā jauda ir ierobežota līdz 2 mW, lai atbilstu FDA prasībām attiecībā uz nenozīmīgu risku.Fluorescence tika izlaista caur dihromisku spoguli un garu pārraides filtru (# BLP01-488R, Semrock).Fluorescence tika pārraidīta uz fotopavairotāja caurules (PMT) detektoru (# H7422-40, Hamamatsu), izmantojot FC/PC savienotāju, izmantojot ~ 1 m garu daudzmodu šķiedru ar 50 µm serdes diametru.Fluorescējošie signāli tika pastiprināti ar ātrgaitas strāvas pastiprinātāju (#59-179, Edmund Optics).Reāllaika datu iegūšanai un attēlu apstrādei ir izstrādāta speciāla programmatūra (LabVIEW 2021, NI).Lāzera jaudas un PMT pastiprinājuma iestatījumus nosaka mikrokontrolleris (#Arduino UNO, Arduino), izmantojot īpašu iespiedshēmas plati.SMF un vadi beidzas savienotājos un savienojas ar optiskās šķiedras (F) un vadu (W) portiem bāzes stacijā (6.c attēls).Attēlveidošanas sistēma atrodas pārnēsājamā ratiņos (6.d attēls). Izolācijas transformators tika izmantots, lai ierobežotu noplūdes strāvu līdz <500 μA. Izolācijas transformators tika izmantots, lai ierobežotu noplūdes strāvu līdz <500 μA. Для ограничения тока утечки до <500 мкА использовался изолирующий трансформатор. Izolācijas transformators tika izmantots, lai ierobežotu noplūdes strāvu līdz <500 µA.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. Izmantojiet izolācijas transformatoru, lai ierobežotu noplūdes strāvu līdz <500 µA.
vizualizācijas sistēma.(a) PMT, lāzers un pastiprinātājs atrodas bāzes stacijā.(b) Filtru bankā lāzers (zils) virzās pa optiskās šķiedras kabeli caur FC/APC savienotāju.Ar dihromisko spoguli (DM) staru kūli novirza viena režīma šķiedrā (SMF), izmantojot otru FC/APC savienotāju.Fluorescence (zaļa) pārvietojas caur DM un garās caurlaidības filtru (LPF) uz PMT, izmantojot daudzmodu šķiedru (MMF).c) endoskopa proksimālais gals ir savienots ar bāzes stacijas optiskās šķiedras (F) un vadu (W) portiem.d) endoskops, monitors, bāzes stacija, dators un izolācijas transformators uz pārnēsājamiem ratiņiem.(a, c) Solidworks 2016 tika izmantots attēlveidošanas sistēmas un endoskopa komponentu 3D modelēšanai.
Fokusējošās optikas sānu un aksiālā izšķirtspēja tika mērīta no fluorescējošu mikrosfēru (#F8803, Thermo Fisher Scientific) 0,1 µm diametra punktu izkliedes funkcijas.Vāciet attēlus, pārvēršot mikrosfēras horizontāli un vertikāli ar 1 µm soļiem, izmantojot lineāro stadiju (# M-562-XYZ, DM-13, Newport).Attēlu kaudze, izmantojot ImageJ2, lai iegūtu mikrosfēru šķērsgriezuma attēlus.
Reāllaika datu iegūšanai un attēlu apstrādei ir izstrādāta speciāla programmatūra (LabVIEW 2021, NI).Uz att.7 parādīts pārskats par rutīnām, kas tiek izmantotas sistēmas darbināšanai.Lietotāja saskarne sastāv no datu iegūšanas (DAQ), galvenā paneļa un kontrollera paneļa.Datu vākšanas panelis mijiedarbojas ar galveno paneli, lai apkopotu un saglabātu neapstrādātus datus, nodrošinātu ievadi pielāgotiem datu vākšanas iestatījumiem un pārvaldītu skenera draivera iestatījumus.Galvenais panelis ļauj lietotājam izvēlēties vajadzīgo konfigurāciju endoskopa lietošanai, tostarp skenera vadības signālu, video kadru ātrumu un iegūšanas parametrus.Šis panelis arī ļauj lietotājam parādīt un kontrolēt attēla spilgtumu un kontrastu.Izmantojot neapstrādātos datus kā ievadi, algoritms aprēķina optimālo pastiprinājuma iestatījumu PMT un automātiski pielāgo šo parametru, izmantojot proporcionāli integrālu (PI)16 atgriezeniskās saites vadības sistēmu.Kontroliera panelis mijiedarbojas ar galveno plati un datu iegūšanas paneli, lai kontrolētu lāzera jaudu un PMT pastiprinājumu.
Sistēmas programmatūras arhitektūra.Lietotāja saskarne sastāv no moduļiem (1) datu iegūšanas (DAQ), (2) galvenā paneļa un (3) kontrollera paneļa.Šīs programmas darbojas vienlaikus un sazinās viena ar otru, izmantojot ziņojumu rindas.Galvenais ir MEMS: Mikroelektromehāniskā sistēma, TDMS: Tehnisko datu kontroles plūsma, PI: Proporcionālais integrāls, PMT: Fotomultiplier.Attēlu un video faili tiek saglabāti attiecīgi BMP un AVI formātos.
Fāzes korekcijas algoritms tiek izmantots, lai aprēķinātu attēla pikseļu intensitātes izkliedi dažādās fāzes vērtībās, lai noteiktu maksimālo vērtību, ko izmanto attēla asināšanai.Reāllaika korekcijai fāzes skenēšanas diapazons ir ±2,86° ar salīdzinoši lielu soli 0,286°, lai samazinātu aprēķina laiku.Turklāt, izmantojot attēla daļas ar mazāku paraugu skaitu, attēla kadra aprēķināšanas laiks vēl vairāk samazinās no 7,5 sekundēm (1 paraugs) līdz 1,88 sekundēm (250 Ksample) pie 10 Hz.Šie ievades parametri tika izvēlēti, lai nodrošinātu atbilstošu attēla kvalitāti ar minimālu latentumu in vivo attēlveidošanas laikā.Tiešraides attēli un video tiek ierakstīti attiecīgi BMP un AVI formātos.Neapstrādātie dati tiek glabāti tehniskā datu pārvaldības plūsmas formātā (TMDS).
In vivo attēlu pēcapstrāde kvalitātes uzlabošanai ar LabVIEW 2021. Izmantojot fāzes korekcijas algoritmus in vivo attēlveidošanas laikā, precizitāte ir ierobežota, jo nepieciešams ilgs aprēķina laiks.Tiek izmantoti tikai ierobežoti attēla apgabali un paraugu numuri.Turklāt algoritms nedarbojas labi attēliem ar kustību artefaktiem vai zemu kontrastu, un tas rada fāzes aprēķina kļūdas30.Atsevišķi kadri ar augstu kontrastu un bez kustības artefaktiem tika manuāli atlasīti fāzes precīzai noregulēšanai ar fāzes skenēšanas diapazonu ±0,75 ° ar 0,01 ° soļiem.Tika izmantots viss attēla laukums (piem., 1 M attēla paraugs, kas ierakstīts ar frekvenci 10 Hz).Tabulā S2 ir norādīti attēla parametri, kas izmantoti reāllaika un pēcapstrādei.Pēc fāzes korekcijas tiek izmantots vidējais filtrs, lai vēl vairāk samazinātu attēla troksni.Spilgtumu un kontrastu vēl vairāk uzlabo histogrammas stiepšana un gamma korekcija31.
Klīniskos pētījumus apstiprināja Mičiganas medicīnas iestāžu pārskata padome, un tie tika veikti Medicīnas procedūru departamentā.Šis pētījums ir reģistrēts tiešsaistē vietnē ClinicalTrials.gov (NCT03220711, reģistrācijas datums: 18.07.2017.).Iekļaušanas kritēriji ietvēra pacientus (vecumā no 18 līdz 100 gadiem) ar iepriekš plānotu plānveida kolonoskopiju, paaugstinātu kolorektālā vēža risku un iekaisīgu zarnu slimību anamnēzē.No katra subjekta, kurš piekrita piedalīties, tika iegūta informēta piekrišana.Izslēgšanas kritēriji bija pacientes, kuras bija grūtnieces, kurām bija zināma paaugstināta jutība pret fluoresceīnu vai kurām tika veikta aktīva ķīmijterapija vai staru terapija.Šajā pētījumā tika iekļauti secīgi pacienti, kuriem bija paredzēta rutīnas kolonoskopija, un tas bija reprezentatīvs Mičiganas Medicīnas centra populācijā.Pētījums tika veikts saskaņā ar Helsinku deklarāciju.
Pirms operācijas kalibrējiet endoskopu, izmantojot 10 µm fluorescējošās lodītes (#F8836, Thermo Fisher Scientific), kas iemontētas silikona veidnēs.Caurspīdīgs silikona hermētiķis (#RTV108, Momentive) tika ielejams 3D drukātā 8 cm3 plastmasas veidnē.Nometiet ūdens fluorescējošās lodītes virs silikona un atstājiet, līdz ūdens vide izžūst.
Visa resnā zarna tika pārbaudīta, izmantojot standarta medicīnisko kolonoskopu (Olympus, CF-HQ190L) ar baltas gaismas apgaismojumu.Pēc tam, kad endoskopists ir noteicis iespējamās slimības zonu, zonu mazgā ar 5-10 ml 5% etiķskābes un pēc tam ar sterilu ūdeni, lai noņemtu gļotas un gružus.5 ml deva 5 mg/ml fluoresceīna (Alcon, Fluorescite) tika injicēta intravenozi vai lokāli izsmidzināta uz gļotādas, izmantojot standarta kanulu (M00530860, Boston Scientific), kas tika izlaista caur darba kanālu.
Izmantojiet irigatoru, lai no gļotādas virsmas noskalotu lieko krāsvielu vai gružus.Noņemiet smidzināšanas katetru un izlaidiet endoskopu caur darba kanālu, lai iegūtu pirmsnāves attēlus.Izmantojiet plaša lauka endoskopisko vadību, lai novietotu distālo galu mērķa zonā. Kopējais laiks, kas tika izmantots konfokālo attēlu vākšanai, bija <10 minūtes. Kopējais laiks, kas tika izmantots konfokālo attēlu vākšanai, bija <10 minūtes. Общее время, затраченное на сбор конфокальных изображений, составило <10 мин. Kopējais laiks, kas vajadzīgs, lai savāktu konfokālos attēlus, bija <10 minūtes.Kopējais konfokālo attēlu iegūšanas laiks bija mazāks par 10 minūtēm.Endoskopiskais baltās gaismas video tika apstrādāts, izmantojot Olympus EVIS EXERA III (CLV-190) attēlveidošanas sistēmu, un ierakstīts, izmantojot Elgato HD videoreģistratoru.Izmantojiet LabVIEW 2021, lai ierakstītu un saglabātu endoskopijas videoklipus.Kad attēlveidošana ir pabeigta, endoskops tiek noņemts un vizualizējamie audi tiek izgriezti, izmantojot biopsijas knaibles vai slazdu. Audi tika apstrādāti ikdienas histoloģijai (H&E), un tos novērtēja eksperts GI patologs (HDA). Audi tika apstrādāti ikdienas histoloģijai (H&E), un tos novērtēja eksperts GI patologs (HDA). Ткани были обработаны для обычной гистологии (H&E) un оценены экспертом-патологом желудочно-кишечного. Audi tika apstrādāti ikdienas histoloģijai (H&E), un tos novērtēja eksperts kuņģa-zarnu trakta patologs (HDA).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) un оценены экспертом-патологом желудочно-кишечного. Audi tika apstrādāti ikdienas histoloģijai (H&E), un tos novērtēja eksperts kuņģa-zarnu trakta patologs (HDA).Fluoresceīna spektrālās īpašības tika apstiprinātas, izmantojot spektrometru (USB2000+, Ocean Optics), kā parādīts S2 attēlā.
Endoskopus pēc katras lietošanas reizes cilvēki sterilizē (8. att.).Tīrīšanas procedūras tika veiktas Mičiganas Medicīnas centra Infekciju kontroles un epidemioloģijas departamenta un Centrālās sterilās apstrādes nodaļas vadībā un apstiprinājumā. Pirms pētījuma instrumentus testēja un apstiprināja sterilizācijai Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), komerciāla struktūra, kas sniedz infekciju profilakses un sterilizācijas validācijas pakalpojumus. Pirms pētījuma instrumentus testēja un apstiprināja sterilizācijai Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), komerciāla struktūra, kas sniedz infekciju profilakses un sterilizācijas validācijas pakalpojumus. Перед исследованием инструменты были протестированы un одобрены для стерилизации компанией Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson) й, предоставляющей услуги по профилактике инфекций и проверке стерилизации. Pirms pētījuma instrumentus pārbaudīja un apstiprināja sterilizācijai Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), komerciāla organizācija, kas sniedz infekciju profilakses un sterilizācijas pārbaudes pakalpojumus. Перед исследованием инструменты были стерилизованы un проверены Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), коммерчеруской оргатерастай,пл ги по профилактике инфекций и проверке стерилизации. Instrumentus pirms pētījuma sterilizēja un pārbaudīja Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), komerciāla organizācija, kas sniedz infekciju profilakses un sterilizācijas pārbaudes pakalpojumus.
Instrumentu pārstrāde.a) Endoskopi tiek ievietoti paplātēs pēc katras sterilizācijas, izmantojot STERRAD apstrādes procesu.b) SMF un vadi ir attiecīgi noslēgti ar optiskās šķiedras un elektriskajiem savienotājiem, kas pirms pārstrādes ir aizvērti.
Tīriet endoskopus, rīkojoties šādi: (1) noslaukiet endoskopu ar bezplūksnu drānu, kas samērcēta fermentatīvā tīrītājā, no proksimālā uz distālo;(2) Iegremdējiet instrumentu fermentatīvā mazgāšanas līdzekļa šķīdumā uz 3 minūtēm ar ūdeni.audums bez plūksnām.Elektriskie un optiskās šķiedras savienotāji ir pārklāti un izņemti no šķīduma;(3) Endoskops tiek iesaiņots un ievietots instrumentu paliktnī sterilizācijai, izmantojot STERRAD 100NX, ūdeņraža peroksīda gāzes plazmu.salīdzinoši zema temperatūra un zems mitruma vide.
Šajā pētījumā izmantotās un/vai analizētās datu kopas ir pieejamas no attiecīgajiem autoriem pēc pamatota pieprasījuma.
Pilonis, ND, Januszewicz, W. & di Pietro, M. Konfokālā lāzera endomikroskopija gastrointestinālās endoskopijā: tehniskie aspekti un klīniskie pielietojumi. Pilonis, ND, Januszewicz, W. & di Pietro, M. Konfokālā lāzera endomikroskopija gastrointestinālās endoskopijā: tehniskie aspekti un klīniskie pielietojumi.Pilonis, ND, Januszewicz, V. i di Pietro, M. Konfokālā lāzera endomikroskopija gastrointestinālās endoskopijā: tehniskie aspekti un klīniskais pielietojums. Pilonis, ND, Janušēvičs, 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：Tehniskie aspekti un klīniskie pielietojumi.Pilonis, ND, Januševičs, V. i di Pietro, M. Konfokālā lāzerendoskopija gastrointestinālās endoskopijā: tehniskie aspekti un klīniskie pielietojumi.tulkojums kuņģa-zarnu trakta heparīns.7, 7 (2022).
Al-Mansour, MR et al.SAGES TAVAC konfokālās lāzera endomikroskopijas drošības un efektivitātes analīze.Darbība.Endoskopija 35, 2091–2103 (2021).
Fugazza, A. et al.Konfokālā lāzera endoskopija kuņģa-zarnu trakta un aizkuņģa dziedzera un žults ceļu slimībās: sistemātisks pārskats un metaanalīze.Biomedicīnas zinātne.uzglabāšanas tvertne.iekšējais 2016, 4638683 (2016).