Дзякуй за наведванне Nature.com.Вы выкарыстоўваеце версію браўзера з абмежаванай падтрымкай CSS.Для найлепшага вопыту мы рэкамендуем вам выкарыстоўваць абноўлены браўзер (або адключыць рэжым сумяшчальнасці ў Internet Explorer).Акрамя таго, каб забяспечыць пастаянную падтрымку, мы паказваем сайт без стыляў і JavaScript.
Адлюстроўвае карусель з трох слайдаў адначасова.Выкарыстоўвайце кнопкі «Папярэдні» і «Наступны», каб перамяшчацца па трох слайдах адначасова, або выкарыстоўвайце кнопкі паўзунка ў канцы, каб перамяшчацца па трох слайдах адначасова.
Канфакальнай лазерная эндаскапія - новы метад аптычнай біяпсіі ў рэжыме рэальнага часу.З эпітэлія полых органаў імгненна можна атрымаць люмінесцэнтныя выявы гісталагічнага якасці.У цяперашні час сканіраванне праводзіцца праксімальна з дапамогай інструментаў на аснове зонда, якія звычайна выкарыстоўваюцца ў клінічнай практыцы, з абмежаванай гнуткасцю ў кіраванні фокусам.Мы дэманструем выкарыстанне параметрычнага рэзананснага сканера, усталяванага на дыстальным канцы эндаскопа, для выканання высакахуткаснага бакавога адхілення.У цэнтры адбівальніка была выгравіравана адтуліна для згортвання светлавога шляху.Гэтая канструкцыя памяншае памер інструмента да 2,4 мм у дыяметры і 10 мм у даўжыню, што дазваляе прапускаць яго наперад праз працоўны канал стандартных медыцынскіх эндаскопаў.Кампактны аб'ектыў забяспечвае бакавое і восевае дазволы 1,1 і 13,6 мкм адпаведна.Працоўная адлегласць 0 мкм і поле зроку 250 мкм × 250 мкм дасягаюцца пры частаце кадраў да 20 Гц.Узбуджэнне пры 488 нм узбуджае флуарэсцэнін, ухвалены FDA фарбавальнік для высокай кантраснасці тканін.Эндаскопы былі апрацаваны без збояў на працягу 18 цыклаў з выкарыстаннем клінічна зацверджаных метадаў стэрылізацыі.Флуарэсцэнтныя выявы былі атрыманы з нармальнай слізістай абалонкі тоўстай кішкі, трубчастых адэном, гіперпластычных паліпаў, язвавага каліту і каліту Крона падчас звычайнай калонаскапіі.Можна ідэнтыфікаваць адзінкавыя клеткі, у тым ліку калонацыты, бокаловидные клеткі і клеткі запалення.Можна адрозніць такія асаблівасці слізістай абалонкі, як структуры крыпты, паражніны крыпты і ўласная пласцінка.Прыбор можна выкарыстоўваць у якасці дадатку да звычайнай эндаскапіі.
Канфакальная лазерная эндаскапія - гэта новы метад візуалізацыі, які распрацоўваецца для клінічнага выкарыстання ў якасці дадатку да звычайнай эндаскапіі1,2,3.Гэтыя гнуткія прыборы, злучаныя з оптавалакном, можна выкарыстоўваць для выяўлення захворванняў у эпітэліяльных клетках, якія высцілаюць полыя органы, такія як тоўстая кішка.Гэты тонкі пласт тканіны вельмі метабалічна актыўны і з'яўляецца крыніцай шматлікіх хвароб, такіх як рак, інфекцыі і запалення.Эндаскапія можа дасягнуць субклеткавага дазволу, забяспечваючы выявы in vivo ў рэжыме рэальнага часу, амаль гісталагічныя якасці, каб дапамагчы клініцыстам прымаць клінічныя рашэнні.Біяпсія фізічнай тканіны нясе рызыку крывацёку і перфарацыі.Часта бяруць занадта шмат або занадта мала узораў біяпсіі.Кожны выдалены ўзор павялічвае кошт аперацыі.Патрабуецца некалькі дзён, перш чым узор будзе ацэнены патолагаанатамам.У дні чакання вынікаў паталогіі пацыенты часта адчуваюць трывогу.Наадварот, іншыя метады клінічнай візуалізацыі, такія як МРТ, КТ, ПЭТ, ОФЭКТ і УГД, не маюць прасторавага дазволу і часовай хуткасці, неабходных для візуалізацыі эпітэліяльных працэсаў in vivo з субклеткавым дазволам у рэжыме рэальнага часу.
Інструмент на аснове зонда (Cellvizio) у цяперашні час звычайна выкарыстоўваецца ў клініках для правядзення «аптычнай біяпсіі».Канструкцыя заснавана на прасторава кагерэнтным валаконна-аптычным пучку4, які збірае і перадае флуарэсцэнтныя выявы.Ядро аднаго валакна дзейнічае як «дзірка» для прасторавай фільтрацыі расфакусаванага святла для субклеткавага дазволу.Сканаванне праводзіцца праксімальна з дапамогай вялікага, грувасткага гальванометра.Гэта палажэнне абмяжоўвае магчымасці інструмента кіравання факусоўкай.Правільная стадыя ранняй эпітэліяльнай карцыномы патрабуе візуалізацыі пад паверхняй тканіны для ацэнкі інвазіі і вызначэння адпаведнай тэрапіі.Fluorescein, кантраснае рэчыва, зацверджанае FDA, ўводзіцца нутравенна, каб вылучыць структурныя асаблівасці эпітэлія. Гэтыя эндамікраскопы маюць памеры <2,4 мм у дыяметры і могуць быць лёгка праведзены наперад праз канал біяпсіі стандартных медыцынскіх эндаскопаў. Гэтыя эндамікраскопы маюць памеры <2,4 мм у дыяметры і могуць быць лёгка праведзены наперад праз канал біяпсіі стандартных медыцынскіх эндаскопаў. Гэтыя эндомикроскопы маюць памеры <2,4 мм у дыяметры і могуць быць лёгка праведзены праз биопсийный канал стандартных медыцынскіх эндаскапаў. Гэтыя эндамікраскопы маюць дыяметр <2,4 мм, і іх можна лёгка правесці праз канал біяпсіі стандартных медыцынскіх эндаскопаў.Гэтыя бароскопы маюць дыяметр менш за 2,4 мм і лёгка праходзяць праз біяпсійны канал стандартных медыцынскіх бароскопов.Гэтая гнуткасць дазваляе выкарыстоўваць шырокі спектр клінічных прымянення і не залежыць ад вытворцаў эндаскопаў.Шматлікія клінічныя даследаванні былі праведзены з выкарыстаннем гэтага прыбора візуалізацыі, у тым ліку для ранняга выяўлення раку стрававода, страўніка, тоўстай кішкі і ротавай паражніны.Былі распрацаваны пратаколы візуалізацыі і ўстаноўлена бяспека працэдуры.
Мікраэлектрамеханічныя сістэмы (MEMS) - гэта магутная тэхналогія для распрацоўкі і вытворчасці малюсенькіх механізмаў сканавання, якія выкарыстоўваюцца ў дыстальным канцы эндаскопаў.Гэта становішча (адносна праксімальнага) дазваляе больш гібка кантраляваць становішча фокусу5,6.У дадатак да бакавога адхіленні дыстальны механізм можа таксама выконваць восевае сканаванне, постаб'ектыўнае сканаванне і сканаванне з адвольным доступам.Гэтыя магчымасці забяспечваюць больш поўнае апытанне эпітэліяльных клетак, уключаючы візуалізацыя вертыкальнага папярочнага разрэзу7, шырокае поле зроку (FOV)8 сканаванне без аберацый і палепшаную прадукцыйнасць у вызначаных карыстальнікам субрэгіёнах9.MEMS вырашае сур'ёзную праблему ўпакоўкі механізму сканавання з абмежаванай прасторай, даступнай на далёкім канцы прыбора.У параўнанні з грувасткімі гальванометрамі, MEMS забяспечваюць выдатную прадукцыйнасць пры невялікім памеры, высокай хуткасці і нізкім энергаспажыванні.Просты вытворчы працэс можа быць пашыраны для масавай вытворчасці з нізкімі выдаткамі.Раней паведамлялася пра шмат праектаў MEMS10,11,12.Ні адна з тэхналогій яшчэ не была дастаткова распрацавана для шырокага клінічнага выкарыстання візуалізацыі in vivo ў рэальным часе праз працоўны канал медыцынскага эндаскопа.Тут мы імкнемся прадэманстраваць выкарыстанне MEMS-сканера на дыстальным канцы эндаскопа для атрымання выявы чалавека in vivo падчас звычайнай клінічнай эндаскапіі.
Валаконна-аптычны інструмент быў распрацаваны з выкарыстаннем MEMS-сканера на дыстальным канцы для збору флуарэсцэнтных малюнкаў in vivo ў рэжыме рэальнага часу з аналагічнымі гістологіческімі характарыстыкамі.Аднамодавае валакно (SMF) заключана ў гнуткую палімерную трубку і ўзбуджаецца пры λex = 488 нм.Такая канфігурацыя скарачае даўжыню дыстальнага наканечніка і дазваляе прапускаць яго наперад праз працоўны канал стандартных медыцынскіх эндаскопаў.Выкарыстоўвайце наканечнік, каб адцэнтраваць оптыку.Гэтыя лінзы распрацаваны для дасягнення амаль дыфракцыйнага восевага дазволу з лікавай апертурай (NA) = 0,41 і працоўнай адлегласцю = 0 мкм13.Для дакладнага выраўноўвання оптыкі зроблены прэцызійныя пракладкі 14. Сканер упакаваны ў эндаскоп з цвёрдым дыстальным наканечнікам дыяметрам 2,4 мм і даўжынёй 10 мм (мал. 1а).Такія памеры дазваляюць выкарыстоўваць яго ў клінічнай практыцы ў якасці дадатку пры эндаскапіі (мал. 1б).Максімальная магутнасць лазера, які падае на тканіны, складала 2 мВт.
Канфакальная лазерная эндаскапія (CLE) і сканеры MEMS.Фатаграфія, якая дэманструе (а) упакаваны інструмент з памерамі цвёрдага дыстальнага наканечніка дыяметрам 2,4 мм і даўжынёй 10 мм і (б) прамы праход праз працоўны канал стандартнага медыцынскага эндаскопа (Olympus CF-HQ190L).(c) Выгляд спераду сканера, які паказвае адбівальнік з цэнтральнай апертурай 50 мкм, праз які праходзіць прамень узбуджэння.Сканер усталяваны на карданным падвесе, які кіруецца наборам прывадаў квадратурнай грабянцы.Рэзанансная частата прылады вызначаецца памерам тарсіённай спружыны.(d) Выгляд сканера збоку, які паказвае сканер, усталяваны на падстаўцы з правадамі, падлучанымі да анкераў электродаў, якія забяспечваюць кропкі злучэння для сігналаў прывада і харчавання.
Механізм сканавання складаецца з усталяванага на карданным падвесе адбівальніка, які прыводзіцца ў дзеянне наборам квадратурных прывадаў з грэбеньчатым прывадам для адхілення прамяня ў бакі (плоскасць XY) па схеме Лісажу (мал. 1c).У цэнтры было выгравіравана адтуліну дыяметрам 50 мкм, праз якое праходзіў пучок ўзбуджэння.Сканер прыводзіцца ў дзеянне на рэзананснай частаце канструкцыі, якую можна наладзіць, змяняючы памеры тарсіённай спружыны.Электродныя анкеры былі выгравіраваны на перыферыі прылады, каб забяспечыць кропкі злучэння для сігналаў харчавання і кіравання (мал. 1d).
Сістэма візуалізацыі ўстаноўлена на партатыўнай калясцы, якую можна пракаціць у аперацыйную.Графічны інтэрфейс быў распрацаваны для падтрымкі карыстальнікаў з мінімальнымі тэхнічнымі ведамі, такіх як лекары і медсёстры.Уручную праверце частату прывада сканера, рэжым формы прамяня і кут агляду выявы.
Агульная даўжыня эндаскопа складае прыкладна 4 м, каб забяспечыць поўнае праходжанне інструментаў праз працоўны канал стандартнага медыцынскага эндаскопа (1,68 м), з дадатковай даўжынёй для манеўранасці.На праксімальным канцы эндаскопа SMF і правады заканчваюцца раздымамі, якія падключаюцца да валаконна-аптычных і правадных партоў базавай станцыі.Ўстаноўка змяшчае лазер, блок фільтраў, узмацняльнік высокага напружання і фотапамнажальнік (ФЭУ).Узмацняльнік забяспечвае харчаванне і сігналы прывада для сканера.Блок аптычнага фільтра спалучае лазернае ўзбуджэнне з SMF і перадае флуарэсцэнцыю ў ФЭУ.
Эндаскопы падвяргаюцца паўторнай апрацоўцы пасля кожнай клінічнай працэдуры з выкарыстаннем працэсу стэрылізацыі STERRAD і могуць вытрымліваць да 18 цыклаў без збояў.Для раствора OPA не было заўважана ніякіх прыкмет пашкоджання пасля больш чым 10 цыклаў дэзінфекцыі.Вынікі OPA пераўзышлі вынікі STERRAD, мяркуючы, што тэрмін службы эндаскопаў можна падоўжыць за кошт дэзінфекцыі высокага ўзроўню, а не паўторнай стэрылізацыі.
Раздзяленне выявы вызначалася з дапамогай функцыі кропкавага распаўсюджвання з выкарыстаннем флуоресцентных шарыкаў дыяметрам 0,1 мкм.Для бакавога і восевага дазволу была вымераная поўная шырыня на паўмаксімуме (FWHM) 1,1 і 13,6 мкм адпаведна (мал. 2а, б).
Параметры выявы.Бакавое (а) і восевае (б) разрозненне факусіруючай оптыкі характарызуецца функцыяй рассейвання кропак (PSF), вымеранай з дапамогай флуоресцентных мікрасфер дыяметрам 0,1 мкм.Вымераная поўная шырыня на паўмаксімуме (FWHM) складала 1,1 і 13,6 мкм адпаведна.Урэзка: паказаны разгорнутыя віды адной мікрасферы ў папярочным (XY) і восевым (XZ) напрамках.(c) Флуарэсцэнтны малюнак, атрыманы са стандартнай (USAF 1951) мішэні (чырвонага авала), які паказвае, што групы 7-6 можна выразна раздзяліць.(d) Выява дысперсных флуоресцентных мікрасфер дыяметрам 10 мкм, якія паказваюць поле зроку выявы 250 мкм × 250 мкм.PSF у (a, b) былі створаны з выкарыстаннем MATLAB R2019a (https://www.mathworks.com/).(c, d) Флуарэсцэнтныя выявы былі сабраныя з дапамогай LabVIEW 2021 (https://www.ni.com/).
Флуарэсцэнтныя выявы з аб'ектываў са стандартным разрозненнем выразна адрозніваюць набор слупкоў у групах 7-6, што падтрымлівае высокае бакавое раздзяленне (мал. 2c).Поле зроку (FOV) 250 мкм × 250 мкм было вызначана з малюнкаў люмінесцэнтных шарыкаў дыяметрам 10 мкм, раскіданых на покрыўных шклах (мал. 2d).
Аўтаматызаваны метад кантролю ўзмацнення ФЭУ і карэкцыі фазы рэалізаваны ў сістэме клінічнай візуалізацыі для памяншэння артэфактаў руху ад эндаскопаў, перыстальтыкі тоўстай кішкі і дыхання пацыента.Рэканструкцыя выявы і алгарытмы апрацоўкі былі апісаны раней 14,15.Узмацненне PMT кантралюецца прапарцыйна-інтэгральным (PI) кантролерам, каб прадухіліць насычэнне інтэнсіўнасці16.Сістэма счытвае максімальную інтэнсіўнасць пікселяў для кожнага кадра, разлічвае прапарцыйныя і інтэгральныя адказы і вызначае значэнні ўзмацнення PMT, каб пераканацца, што інтэнсіўнасць пікселяў знаходзіцца ў межах дапушчальнага дыяпазону.
Падчас візуалізацыі in vivo неадпаведнасць фаз паміж рухам сканера і сігналам кіравання можа выклікаць размытасць выявы.Такія эфекты могуць узнікнуць з-за змены тэмпературы прылады ўнутры цела чалавека.Выявы ў белым святле паказалі, што эндаскоп знаходзіцца ў кантакце з нармальнай слізістай абалонкай тоўстай кішкі in vivo (малюнак 3а).На неапрацаваных малюнках нармальнай слізістай абалонкі тоўстай кішкі можна заўважыць размытасць няправільна размешчаных пікселяў (малюнак 3b).Пасля апрацоўкі з належнай фазай і рэгуляваннем кантраснасці можна было адрозніць субклеточные асаблівасці слізістай абалонкі (мал. 3с).Для атрымання дадатковай інфармацыі неапрацаваныя канфакальныя выявы і апрацаваныя выявы ў рэжыме рэальнага часу паказаны на малюнку S1, а параметры рэканструкцыі выявы, якія выкарыстоўваюцца для апрацоўкі ў рэжыме рэальнага часу і пасля апрацоўкі, прадстаўлены ў табліцы S1 і табліцы S2.
Апрацоўка малюнкаў.(a) Шырокавугольны эндаскапічны здымак, які паказвае эндаскоп (E), усталяваны ў кантакце з нармальнай (N) слізістай абалонкай тоўстай кішкі для збору in vivo флуарэсцэнтных малюнкаў пасля ўвядзення флюарэсцэнту.(b) Блуканне па восях X і Y падчас сканавання можа прывесці да размыцця няправільных пікселяў.У дэманстрацыйных мэтах да зыходнага відарысу прымяняецца вялікі фазавы зрух.(c) Пасля карэкцыі фазы пасля апрацоўкі можна ацаніць дэталі слізістай абалонкі, уключаючы структуры крыпты (стрэлкі), з цэнтральным прасветам (l), акружаным уласнай пласцінкай (lp).Можна адрозніць адзінкавыя клеткі, у тым ліку калонацыты (c), бокаловидные клеткі (g) і клеткі запалення (стрэлкі).Глядзіце дадатковае відэа 1. (b, c) Выявы, апрацаваныя з дапамогай LabVIEW 2021.
Канфакальныя флуарэсцэнтныя выявы былі атрыманы in vivo пры некалькіх захворваннях тоўстай кішкі, каб прадэманстраваць шырокае клінічнае прымяненне прыбора.Шырокавугольны візуалізацыю спачатку выконваюць з выкарыстаннем белага святла, каб выявіць сур'ёзныя парушэнні слізістай абалонкі.Затым эндаскоп прасоўваюць праз працоўны канал калонаскопа і ўводзяць у кантакт са слізістай абалонкай.
Шырокапалявая эндаскапія, канфакальная эндамікраскапія і гісталагічныя здымкі (H&E) паказаны для неоплазии тоўстай кішкі, уключаючы канальцевую аденому і гіперпластычны паліп. Шырокапалявая эндаскапія, канфакальная эндамікраскапія і гісталагічныя здымкі (H&E) паказаны для неоплазии тоўстай кішкі, уключаючы канальцевую аденому і гіперпластычны паліп. Шырокапальная эндаскапія, канфокальная эндамікраскапія і гісталагічныя (H&E) выявы паказаны для наватвораў тоўстай кішкі, уключаючы тубулярную адэному і гіперпластычны паліп. Эндаскапія тоўстай кішкі, канфакальная эндамікраскапія і гістологіческое (H&E) візуалізацыя паказаны пры неоплазии тоўстай кішкі, уключаючы тубулярную аденому і гіперпластычны паліп.显示结肠肿瘤（包括管状腺瘤和增生性息肉）的广角内窥镜检查、共聚焦显微内窥镜检查和组织学(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共光在微微全在圕别具和结Выява 果学 (H&E). Шырокапальная эндаскапія, канфокальная мікраэндаскапія і гісталагічныя (H&E) выявы, якія паказваюць апухолі тоўстай кішкі, уключаючы тубулярныя адэномы і гіперпластычныя паліпы. Эндаскапія шырокага поля, канфакальная мікраэндаскапія і гісталагічныя (H&E) здымкі, якія паказваюць пухліны тоўстай кішкі, у тым ліку тубулярныя адэномы і гіперпластычныя паліпы.Трубчастыя адэномы паказалі страту нармальнай архітэктуры крыпты, памяншэнне памеру бокаловидных клетак, скажэнне прасвету крыпты і патаўшчэнне ўласнай пласцінкі (мал. 4а-с).Гіперпластычныя паліпы дэманструюць зорчатую архітэктуру крыпт, некалькі бокаловидных клетак, шчылінападобны прасвет крыпты і няправільныя пласціністыя крыпты (мал. 4d-f).
Выява тоўстай скуры слізістай in vivo. Рэпрэзентатыўныя выявы эндаскапіі ў белым святле, канфакальнай эндамікраскопіі і гісталагічныя выявы (H&E) паказаны для (ac) адэномы, (df) гіперпластычнага паліпа, (gi) язвавага каліту і (jl) каліту Крона. Рэпрэзентатыўныя выявы эндаскапіі ў белым святле, канфакальнай эндамікраскопіі і гісталагічныя выявы (H&E) паказаны для (ac) адэномы, (df) гіперпластычнага паліпа, (gi) язвавага каліту і (jl) каліту Крона. Тыповыя выявы эндаскапіі ў белым свеце, конфокальной эндомикроскопии і гісталогіі (H&E) паказаны для (ac) адэномы, (df) гіперпластычнага паліпа, (gi) язвовага каліта і (jl) каліта Крона. Звычайныя выявы эндаскапіі ў белым святле, канфакальнай эндамікраскопіі і гісталогіі (H&E) паказаны для (ac) адэномы, (df) гіперпластычнага паліпа, (gi) язвавага каліту і (jl) каліту Крона.显示了(ac) 腺瘤、(df) 增生性息肉、(gi) 溃疡性结肠炎和(jl) 克罗恩结肠炎的代表性白光内窥镜检查、共聚焦内窥镜检查和组织学( H&E) 图像。 Ён паказвае (ac) 躰真、(df) 增生性息肉、(gi) 苏盖性红肠炎和(jl) 克罗恩红肠炎的体育性白光内肠肠炎性、共公司内肠肠炎性和电视学( H&E ) малюнак. Прадстаўлены рэпрэзентатыўныя эндаскапія ў белым свеце, канфокальная эндаскапія і гісталогія (ac) аденомы, (df) гіперпластычнага паліпоза, (gi) язвовага каліта і (jl) каліта Крона (H&E). Рэпрэзентатыўная эндаскапія ў белым святле, канфакальная эндаскапія і гісталогія (ac) адэномы, (df) гіперпластычнага паліпозу, (gi) язвавага каліту і (jl) каліту Крона (H&E).(B) паказвае канфакальнае малюнак, атрыманае in vivo з трубчастай адэномы (TA) з дапамогай эндаскопа (E).Гэта предраковые паражэнне дэманструе страту нармальнай архітэктуры крыпты (стрэлка), скажэнне прасвету крыпты (l) і цеснату ўласнай пласцінкі крыпты (lp).Каланацыты (c), бокаловидные клеткі (g) і клеткі запалення (стрэлкі) таксама можна вызначыць.смт.Дадатковае відэа 2. (e) паказвае канфакальны малюнак, атрыманы з гіперпластычнага паліпа (HP) in vivo.Гэта дабраякаснае паражэнне дэманструе зорчатую архітэктуру крыпты (стрэлка), шчылінападобны прасвет крыпты (l) і ўласную пласцінку няправільнай формы (lp).Каланацыты (c), некалькі бокаловидных клетак (g) і клеткі запалення (стрэлкі) таксама можна вызначыць.смт.Дадатковае відэа 3. (h) паказвае канфакальныя выявы, атрыманыя пры язвавым каліце ​​(ЯК) in vivo.Гэта запаленчае захворванне дэманструе скажоную архітэктуру крыпты (стрэлка) і прыкметныя бокаловидные клеткі (g).Пёры флуоресцеина (f) экструдируются з эпітэліяльных клетак, што адлюстроўвае павышаную пранікальнасць сасудаў.Шматлікія запаленчыя клеткі (стрэлкі) бачныя ва ўласнай пласцінцы (lp).смт.Дадатковае відэа 4. (k) паказвае канфакальнае малюнак, атрыманае in vivo з вобласці каліту Крона (CC).Гэта запаленчае захворванне дэманструе скажоную архітэктуру крыпты (стрэлка) і прыкметныя бокаловидные клеткі (g).Пёры флуоресцеина (f) экструдируются з эпітэліяльных клетак, што адлюстроўвае павышаную пранікальнасць сасудаў.Шматлікія запаленчыя клеткі (стрэлкі) бачныя ва ўласнай пласцінцы (lp).смт.Дадатковае відэа 5. (b, d, h, l) Выявы, апрацаваныя з дапамогай LabVIEW 2021.
Паказаны аналагічны набор малюнкаў запалення тоўстай кішкі, уключаючы язвавы каліт (ЯК) (малюнак 4g-i) і каліт Крона (малюнак 4j-l).Лічыцца, што запаленчая рэакцыя характарызуецца скажонымі структурамі крыпты з выступоўцамі бокаловидными клеткамі.Флуоресцеин выціскаецца з эпітэліяльных клетак, што адлюстроўвае павышэнне пранікальнасці сасудаў.Вялікая колькасць запаленчых клетак можна ўбачыць ва ўласнай пласцінцы.
Мы прадэманстравалі клінічнае прымяненне гнуткага канфакальнага лазернага эндаскопа з валаконнай сувяззю, які выкарыстоўвае дыстальна размешчаны MEMS-сканер для атрымання малюнкаў in vivo.На рэзананснай частаце частата кадраў да 20 Гц можа быць дасягнута з дапамогай рэжыму сканавання Лісажу высокай шчыльнасці для памяншэння артэфактаў руху.Аптычны шлях складзены, каб забяспечыць пашырэнне прамяня і лікавую апертуру, дастатковую для дасягнення бакавога раздзялення 1,1 мкм.Флуарэсцэнтныя выявы гісталагічныя якасці былі атрыманы падчас звычайнай калонаскапіі нармальнай слізістай абалонкі тоўстай кішкі, адэном канальчыкаў, гіперпластычных паліпаў, язвавага каліту і каліту Крона.Можна ідэнтыфікаваць адзінкавыя клеткі, у тым ліку калонацыты, бокаловидные клеткі і клеткі запалення.Можна адрозніць такія асаблівасці слізістай абалонкі, як структуры крыпты, паражніны крыпты і ўласная пласцінка.Дакладнае абсталяванне апрацавана на мікрамашынах, каб забяспечыць дакладнае выраўноўванне асобных аптычных і механічных кампанентаў у прыборы дыяметрам 2,4 мм і даўжынёй 10 мм.Аптычная канструкцыя памяншае даўжыню цвёрдага дыстальнага наканечніка ў дастатковай ступені, каб забяспечыць прамы праход праз працоўны канал стандартнага памеру (дыяметр 3,2 мм) у медыцынскіх эндаскопах.Такім чынам, незалежна ад вытворцы, прылада можа шырока выкарыстоўвацца лекарамі па месцы жыхарства.Ўзбуджэнне выконвалася пры λex = 488 нм для ўзбуджэння флуарэсцэну, зацверджанага FDA фарбавальніка, для атрымання высокай кантраснасці.Інструмент быў апрацаваны без праблем на працягу 18 цыклаў з выкарыстаннем клінічна прынятых метадаў стэрылізацыі.
Дзве іншыя канструкцыі прыбораў прайшлі клінічную праверку.Cellvizio (Mauna Kea Technologies) - гэта канфакальны лазерны эндаскоп (pCLE) на аснове зонда, які выкарыстоўвае пучок шматмодавых кагерэнтных валаконна-аптычных кабеляў для збору і перадачы флуарэсцэнтных малюнкаў1.Гальваграфічнае люстэрка, размешчанае на базавай станцыі, выконвае бакавое сканаванне на праксімальным канцы.Аптычныя зрэзы збіраюцца ў гарызантальнай (XY) плоскасці з глыбінёй ад 0 да 70 мкм.Даступны наборы мікразондаў дыяметрам ад 0,91 (іголка 19 G) да 5 мм.Было дасягнута бакавое дазвол ад 1 да 3,5 мкм.Выявы збіраліся з частатой кадраў ад 9 да 12 Гц з аднамерным полем зроку ад 240 да 600 мкм.Платформа выкарыстоўвалася клінічна ў розных галінах, уключаючы жоўцевыя пратокі, мачавая бурбалка, тоўстую кішку, стрававод, лёгкія і падстраўнікавую залозу.Optiscan Pty Ltd распрацавала канфакальны лазерны эндаскоп (eCLE) на аснове эндаскопа са сканавальным механізмам, убудаваным ва ўстаўную трубку (дыстальны канец) прафесійнага эндаскопа (EC-3870K, Pentax Precision Instruments) 17 .Аптычны разрэз ажыццяўляўся з дапамогай одномодового валакна, а бакавое сканіраванне - з дапамогай кансольнага механізму праз рэзанансны камертон.Для стварэння восевага зрушэння выкарыстоўваецца актуатар са сплаву памяці формы (ніцінол).Агульны дыяметр канфакальнага модуля складае 5 мм.Для факусоўкі выкарыстоўваецца аб'ектыў GRIN з лікавай апертурай NA = 0,6.Гарызантальныя выявы былі атрыманы з бакавым і восевым дазволам 0,7 і 7 мкм адпаведна пры частаце кадраў 0,8–1,6 Гц і полі зроку 500 мкм × 500 мкм.
Мы дэманструем атрыманне флуарэсцэнтнай візуалізацыі з субклеткавага дазволу in vivo з цела чалавека праз медыцынскі эндаскоп з выкарыстаннем MEMS-сканера на дыстальным канцы.Флуарэсцэнцыя забяспечвае высокую кантраснасць выявы, а ліганды, якія звязваюцца з мішэнямі на паверхні клетак, могуць быць пазначаны флюарафорамі для забеспячэння малекулярнай ідэнтычнасці для паляпшэння дыягностыкі захворвання18.Таксама распрацоўваюцца іншыя аптычныя метады мікраэндаскапіі in vivo. OCT выкарыстоўвае кароткую даўжыню кагерэнтнасці ад шырокапалоснай крыніцы святла для збору малюнкаў у вертыкальнай плоскасці з глыбінёй >1 мм19. OCT выкарыстоўвае кароткую даўжыню кагерэнтнасці ад шырокапалоснай крыніцы святла для збору малюнкаў у вертыкальнай плоскасці з глыбінёй >1 мм19. ОКТ выкарыстоўвае кароткую даўжыню кагерэнтнасці шырокапалоснага крыніцы святла для збору малюнкаў у вертыкальнай плоскасці з глыбінёй >1 мм19. OCT выкарыстоўвае кароткую даўжыню кагерэнтнасці шырокапалоснай крыніцы святла для атрымання малюнкаў у вертыкальнай плоскасці глыбінёй >1 мм19. OCT 使用宽带光源的短相干长度来收集垂直平面中深度> 1 мм19 的图像。1 mm19 的图像. ОКТ выкарыстоўвае кароткую даўжыню кагерэнтнасці шырокапалоснага крыніцы святла для збору малюнкаў на глыбіні >1 мм19 у вертыкальнай плоскасці. OCT выкарыстоўвае кароткую даўжыню кагерэнтнасці шырокапалоснай крыніцы святла для атрымання відарысаў >1 мм19 у вертыкальнай плоскасці.Аднак гэты падыход з нізкай кантраснасцю абапіраецца на калекцыю рассеянага святла, а разрозненне выявы абмежавана артэфактамі плям.Фотаакустычная эндаскапія стварае выявы in vivo на аснове хуткага тэрмапругкага пашырэння тканіны пасля паглынання лазернага імпульсу, які стварае гукавыя хвалі20. Гэты падыход прадэманстраваў глыбіню візуалізацыі >1 см у тоўстай кішцы чалавека in vivo для кантролю тэрапіі. Гэты падыход прадэманстраваў глыбіню візуалізацыі >1 см у тоўстай кішцы чалавека in vivo для кантролю тэрапіі. Гэты падыход дэманстраваў глыбіню тэрапіі візуалізацыі > 1 см у тоўстай кішкі чалавека in vivo для назірання. Гэты падыход прадэманстраваў глыбіню візуалізацыі >1 см у тоўстай кішцы чалавека in vivo для маніторынгу тэрапіі.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 Гэты падыход быў прадэманстраваны на глыбіню малюнка > 1 см у тоўстай кішэчніку чалавека in vivo для маніторынгу тэрапіі. Гэты падыход быў прадэманстраваны на глыбіні візуалізацыі >1 см у тоўстай кішцы чалавека in vivo для кантролю тэрапіі.Кантраст у асноўным выпрацоўваецца гемаглабінам у сасудзістай сетцы.Мультыфатонная эндаскапія стварае высокакантрастныя флуарэсцэнтныя выявы, калі два ці больш фатоны ў БІЧ-блізцы адначасова трапляюць на біямалекулы тканіны21. Гэты падыход дазваляе дасягнуць глыбіні візуалізацыі >1 мм з нізкай фотатаксічнасцю. Гэты падыход дазваляе дасягнуць глыбіні візуалізацыі >1 мм з нізкай фотатаксічнасцю. Гэты падыход можа забяспечыць глыбіню малюнка > 1 мм з нізкай фотатаксічнасцю. Такі падыход можа забяспечыць глыбіню выявы > 1 мм з нізкай фотатаксічнасцю.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。. Гэты падыход можа забяспечыць глыбіню малюнка > 1 мм з нізкай фотатаксічнасцю. Такі падыход можа забяспечыць глыбіню выявы > 1 мм з нізкай фотатаксічнасцю.Неабходныя фемтасекундныя лазерныя імпульсы высокай інтэнсіўнасці, і гэты метад не быў клінічна даказаны падчас эндаскапіі.
У гэтым прататыпе сканер выконвае толькі бакавое адхіленне, таму аптычная частка знаходзіцца ў гарызантальнай (XY) плоскасці.Прылада здольная працаваць з больш высокай частатой кадраў (20 Гц), чым гальванічныя люстэркі (12 Гц) у сістэме Cellvizio.Павялічце частату кадраў, каб паменшыць артэфакты руху, і паменшыце частату кадраў, каб узмацніць сігнал.Высокахуткасныя і аўтаматызаваныя алгарытмы неабходныя для змякчэння вялікіх артэфактаў руху, выкліканых эндаскапічным рухам, дыханнем і перыстальтыкай кішачніка.Было паказана, што параметрычныя рэзанансныя сканеры дасягаюць восевых зрушэнняў, якія перавышаюць сотні мікрон22. Выявы могуць быць сабраны ў вертыкальнай плоскасці (XZ), перпендыкулярнай да паверхні слізістай абалонкі, каб атрымаць такі ж від, як у гісталогіі (H&E). Выявы могуць быць сабраны ў вертыкальнай плоскасці (XZ), перпендыкулярнай да паверхні слізістай абалонкі, каб атрымаць такі ж від, як у гісталогіі (H&E). Выявы могуць быць атрыманы ў вертыкальнай плоскасці (XZ), перпендыкулярнай паверхні слізістай абалонкі, каб забяспечыць такое ж малюнак, як пры гісталогіі (H&E). Выявы можна рабіць у вертыкальнай плоскасці (XZ), перпендыкулярнай паверхні слізістай абалонкі, каб атрымаць такую ​​ж выяву, як і ў гісталогіі (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) 相同的视图。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) Выявы могуць быць атрыманы ў вертыкальнай плоскасці (XZ), перпендыкулярнай паверхні слізістай абалонкі, каб забяспечыць такое ж малюнак, як пры гісталагічныя даследаванні (H&E). Выявы можна рабіць у вертыкальнай плоскасці (XZ), перпендыкулярнай паверхні слізістай абалонкі, каб атрымаць такую ​​ж выяву, як пры гісталагічныя даследаванні (H&E).Сканер можна размясціць у постаб'ектыўным становішчы, дзе прамень асвятлення падае ўздоўж галоўнай аптычнай восі, каб паменшыць адчувальнасць да аберацый8.Фокальныя аб'ёмы, амаль абмежаваныя дыфракцыяй, могуць адхіляцца ў адвольна вялікіх палях зроку.Сканаванне з адвольным доступам можа быць выканана для адхілення адбівальнікаў у вызначаныя карыстальнікам пазіцыі9.Поле зроку можна паменшыць, каб вылучыць адвольныя вобласці выявы, паляпшаючы суадносіны сігнал/шум, кантраснасць і частату кадраў.Сканеры можна вырабляць масава з дапамогай простых працэсаў.На кожнай крамянёвай пласціне можна зрабіць сотні прылад, каб павялічыць вытворчасць для нізкай масавай вытворчасці і шырокага распаўсюджвання.
Складзены светлавы шлях памяншае памер цвёрдага дыстальнага наканечніка, што дазваляе лёгка выкарыстоўваць эндаскоп у якасці дадатку падчас звычайнай калонаскапіі.На паказаных люмінесцэнтных малюнках можна ўбачыць субклеткавыя асаблівасці слізістай абалонкі, якія дазваляюць адрозніць трубчастыя адэномы (предраковые) ад гіперпластычных паліпаў (дабраякасных).Гэтыя вынікі паказваюць, што эндаскапія можа паменшыць колькасць непатрэбных біяпсій23.Агульныя ўскладненні, звязаныя з аперацыяй, могуць быць зменшаны, інтэрвалы маніторынгу могуць быць аптымізаваны, а гісталагічныя аналіз нязначных паражэнняў можа быць зведзены да мінімуму.Мы таксама паказваем in vivo выявы пацыентаў з запаленчымі захворваннямі кішачніка, уключаючы язвавы каліт (ЯК) і каліт Крона.Звычайная калонаскапія ў белым святле забяспечвае макраскапічны агляд паверхні слізістай з абмежаванай магчымасцю дакладнай ацэнкі гаення слізістай.Эндаскапію можна выкарыстоўваць in vivo для ацэнкі эфектыўнасці біялагічных метадаў лячэння, такіх як антыцелы супраць TNF24.Дакладная ацэнка in vivo таксама можа паменшыць або прадухіліць рэцыдывы захворвання і такія ўскладненні, як хірургічнае ўмяшанне, і палепшыць якасць жыцця.Ніякіх сур'ёзных пабочных рэакцый не было зарэгістравана ў клінічных даследаваннях, звязаных з выкарыстаннем эндаскопаў, якія змяшчаюць флуоресцеин in vivo25. Магутнасць лазера на паверхні слізістай абалонкі была абмежавана <2 мВт, каб мінімізаваць рызыку тэрмічнага пашкоджання і адпавядаць патрабаванням FDA для неістотнага рызыкі26 у адпаведнасці з 21 CFR 812. Магутнасць лазера на паверхні слізістай абалонкі была абмежавана да <2 мВт, каб мінімізаваць рызыку тэрмічнага пашкоджання і адпавядаць патрабаванням FDA для неістотнага рызыкі26 у адпаведнасці з 21 CFR 812. Магутнасць лазера на паверхні слізістай абалонкі была абмежаваная да <2 мВт, каб звесці да мінімальнага рызыкі тэрмічнага пашкоджання і адпавядаць патрабаванням FDA адносна нязначнага рызыкі26 у адпаведнасці з 21 CFR 812. Магутнасць лазера на паверхні слізістай была абмежавана да <2 мВт, каб мінімізаваць рызыку тэрмічнага пашкоджання і адпавядаць патрабаванням FDA для нязначнага рызыкі26 у адпаведнасці з 21 CFR 812.粘膜表面的激光功率限制在<2 мВт, 以最大限度地降低热损伤风险, 并满足FDA 21 CFR 812 对非重大风险26 的要求.粘膜表面的激光功率限制在<2 мВт Магутнасць лазера на паверхні слізістай абалонкі была абмежаваная да <2 мВт, каб звесці да мінімальнага рызыкі тэрмічнага пашкоджання і адпавядаць патрабаванням FDA 21 CFR 812 адносна нязначнага рызыкі26. Магутнасць лазера на паверхні слізістай абалонкі была абмежавана да <2 мВт, каб мінімізаваць рызыку тэрмічнага пашкоджання і адпавядаць патрабаванням FDA 21 CFR 812 для нязначнага рызыкі26.
Канструкцыя прыбора можа быць зменена для паляпшэння якасці малюнка.Спецыяльная оптыка даступная для памяншэння сферычнай аберацыі, паляпшэння разрознасці выявы і павелічэння рабочай адлегласці.SIL можна наладзіць так, каб ён лепш адпавядаў паказчыку праламлення тканіны (~1,4), каб палепшыць святлоперадачу.Частату прывада можна рэгуляваць, каб павялічыць бакавы вугал сканера і пашырыць поле зроку выявы.Вы можаце выкарыстоўваць аўтаматызаваныя метады для выдалення кадраў выявы са значным рухам, каб змякчыць гэты эфект.Для забеспячэння высокапрадукцыйнай поўнакадравай карэкцыі ў рэжыме рэальнага часу будзе выкарыстоўвацца праграмуемая ў палявых умовах варотная рашотка (FPGA) з высакахуткасным зборам даных.Для большай клінічнай карысці аўтаматызаваныя метады павінны карэктаваць фазавы зрух і артэфакты руху для інтэрпрэтацыі выявы ў рэальным часе.Маналітны 3-восевы параметрычны рэзанансны сканер можа быць рэалізаваны для ўвядзення восевага сканавання 22 . Гэтыя прылады былі распрацаваны для дасягнення беспрэцэдэнтнага вертыкальнага зрушэння >400 мкм шляхам наладжвання частоты прывада ў рэжыме, які адрозніваецца змешанай дынамікай змякчэння/ўзмацнення жорсткасці27. Гэтыя прылады былі распрацаваны для дасягнення беспрэцэдэнтнага вертыкальнага зрушэння >400 мкм шляхам наладжвання частоты прывада ў рэжыме, які адрозніваецца змешанай дынамікай змякчэння/ўзмацнення жорсткасці27. Гэтыя прылады былі распрацаваны для дасягнення беспрэцэдэнтнага вертыкальнага змяшчэння > 400 мкм шляхам налады частаты возбуждения ў рэжыме, які характарызуецца змешанай дынамікай смягчэння/жасткости27. Гэтыя прылады былі распрацаваны для дасягнення беспрэцэдэнтнага вертыкальнага зрушэння >400 мкм шляхам усталявання частоты прывада ў рэжыме, які характарызуецца змешанай мяккай/жорсткай дынамікай27.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频率来实现前所未有的>400 мкм 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 状态 下 调整 驱动频率 来 实现 的> 400 мкм 的 垂直 位移 27. Гэтыя прылады былі распрацаваны для дасягнення беспрэцэдэнтных вертыкальных змешчанняў >400 мкм шляхам налады частоты спрацоўвання ў рэжыме са змешанай кінетыкай размягчэння/зацвярджэння27. Гэтыя прылады былі распрацаваны для дасягнення беспрэцэдэнтных вертыкальных зрушэнняў >400 мкм шляхам рэгулявання частоты запуску ў змешаным рэжыме кінетыкі размякчэння/зацвярдзення27.У будучыні вертыкальная папярочная візуалізацыя можа дапамагчы вызначыць раннюю стадыю рака (T1a).Для адсочвання руху сканера і карэкціроўкі фазавага зруху можа быць рэалізавана схема ёмістага зандзіравання 28 .Аўтаматычная каліброўка фазы з выкарыстаннем схемы датчыка можа замяніць ручную каліброўку прыбора перад выкарыстаннем.Надзейнасць прыбораў можна павысіць, выкарыстоўваючы больш надзейныя метады герметызацыі прыбораў для павелічэння колькасці цыклаў апрацоўкі.Тэхналогія MEMS абяцае паскорыць выкарыстанне эндаскопаў для візуалізацыі эпітэлія полых органаў, дыягностыкі захворванняў і маніторынгу лячэння мінімальна інвазіўнымі спосабамі.Пры далейшым развіцці гэты новы метад візуалізацыі можа стаць недарагім рашэннем, якое будзе выкарыстоўвацца ў якасці дадатку да медыцынскіх эндаскопаў для неадкладнага гісталагічнага даследавання, і ў канчатковым выніку можа замяніць традыцыйны паталагічны аналіз.
Мадэляванне трасіроўкі прамянёў было праведзена з выкарыстаннем праграмнага забеспячэння для аптычнага праектавання ZEMAX (версія 2013) для вызначэння параметраў факусуючай оптыкі.Крытэрыі праектавання ўключаюць амаль дыфракцыйнае восевае раздзяленне, працоўную адлегласць = 0 мкм і поле зроку (FOV) больш за 250 × 250 мкм2.Для ўзбуджэння на даўжыні хвалі λex = 488 нм выкарыстоўвалася одномодовое валакно (SMF).Ахраматычныя дублеты выкарыстоўваюцца для памяншэння дысперсіі калекцыі флуарэсцэнцыі (малюнак 5а).Прамень праходзіць праз SMF з дыяметрам поля моды 3,5 мкм і без усечэння праходзіць праз цэнтр адбівальніка з дыяметрам апертуры 50 мкм.Выкарыстоўвайце цвёрдую иммерсионную (паўсферычную) лінзу з высокім каэфіцыентам праламлення (n = 2,03), каб звесці да мінімуму сферычную аберацыю падальнага прамяня і забяспечыць поўны кантакт з паверхняй слізістай.Факусуюць оптыка забяспечвае агульную NA = 0,41, дзе NA = nsinα, n - паказчык праламлення тканіны, α - максімальны кут збежнасці прамяня.Бакавое і восевае раздзяленне, абмежаванае дыфракцыяй, складае 0,44 і 6,65 мкм адпаведна з выкарыстаннем NA = 0,41, λ = 488 нм і n = 1,3313.Разглядаліся толькі камерцыйна даступныя лінзы са знешнім дыяметрам (OD) ≤ 2 мм.Аптычны шлях складваецца, і прамень, які выходзіць з SMF, праходзіць праз цэнтральную апертуру сканера і адлюстроўваецца назад нерухомым люстэркам (0,29 мм у дыяметры).Гэтая канфігурацыя скарачае даўжыню цвёрдага дыстальнага канца, каб палегчыць праходжанне эндаскопа наперад праз стандартны (3,2 мм у дыяметры) працоўны канал медыцынскіх эндаскопаў.Гэтая асаблівасць дазваляе лёгка выкарыстоўваць яго ў якасці аксэсуара падчас звычайнай эндаскапіі.
Упакоўка святлавода і эндаскопа ў складзеным выглядзе.(а) Узбуджальны пучок выходзіць з OBC і праходзіць праз цэнтральную апертуру сканера.Прамень пашыраецца і адлюстроўваецца ад нерухомага круглага люстэрка назад у сканер для бакавога адхілення.Факусуюць оптыка складаецца з пары ахраматычных дублетных лінзаў і суцэльнай иммерсионной (полусферической) лінзы, якая забяспечвае кантакт з паверхняй слізістай абалонкі.ZEMAX 2013 (https://www.zemax.com/) для аптычнага дызайну і мадэлявання трасіроўкі прамянёў.(b) Паказвае размяшчэнне розных кампанентаў прыбора, у тым ліку аднамодавага оптавалакна (SMF), сканера, люстэркаў і лінзаў.Для 3D-мадэлявання ўпакоўкі эндаскопа быў выкарыстаны Solidworks 2016 (https://www.solidworks.com/).
SMF (#460HP, Thorlabs) з дыяметрам модавага поля 3,5 мкм на даўжыні хвалі 488 нм выкарыстоўваўся ў якасці «дзіркі» для прасторавай фільтрацыі расфакусіраванага святла (мал. 5б).SMF заключаны ў гнуткія палімерныя трубкі (#Pebax 72D, Nordson MEDICAL).Даўжыня прыблізна 4 метры выкарыстоўваецца для забеспячэння дастатковай адлегласці паміж пацыентам і сістэмай візуалізацыі.Пара 2-мм ахраматычных дублетных лінзаў з пакрыццём MgF2 (№65568, №65567, Edmund Optics) і 2-мм паўсферычная лінза без пакрыцця (№90858, Edmund Optics) выкарыстоўваліся для факусіроўкі прамяня і збору флуарэсцэнцыі.Устаўце кантавую трубку з нержавеючай сталі (даўжынёй 4 мм, знешнім дыяметрам 2,0 мм, унутраным дыяметрам 1,6 мм) паміж смалой і знешняй трубкай, каб ізаляваць вібрацыю сканера.Выкарыстоўвайце медыцынскія клеі, каб абараніць інструмент ад вадкасцей арганізма і працэдур апрацоўкі.Выкарыстоўвайце термоусадочные трубкі для абароны злучальнікаў.
Кампактны сканер выкананы па прынцыпе параметрычнага рэзанансу.Вытравіце адтуліну 50 мкм у цэнтры адбівальніка для прапускання ўзбуджальнага прамяня.З дапамогай набору квадратурных прывадаў з грабеньчыкам пашыраны прамень адхіляецца папярочна ў артаганальным кірунку (плоскасць XY) у рэжыме Лісажу.Для генерацыі аналагавых сігналаў для кіравання сканарам выкарыстоўвалася плата збору даных (#DAQ PCI-6115, NI).Магутнасць забяспечвалася ўзмацняльнікам высокага напружання (#PDm200, PiezoDrive) праз тонкія правады (#B4421241, MWS Wire Industries).Зрабіце праводку на арматуры электрода.Сканер працуе на частатах, блізкіх да 15 кГц (хуткая вось) і 4 кГц (павольная вось), каб дасягнуць кута агляду да 250 мкм × 250 мкм.Відэа можна здымаць з частатой кадраў 10, 16 або 20 Гц.Гэтыя частаты кадраў выкарыстоўваюцца для ўзгаднення частаты паўтарэння шаблону сканавання Ліссажу, якая залежыць ад значэння частот узбуджэння X і Y сканера29.Падрабязнасці кампрамісаў паміж частатой кадраў, дазволам пікселяў і шчыльнасцю шаблону сканавання прадстаўлены ў нашай папярэдняй працы14.
Цвёрдацельны лазер (#OBIS 488 LS, кагерэнтны) забяспечвае λex = 488 нм для ўзбуджэння флуарэсцэіну для кантрасту выявы (мал. 6а).Аптычныя касічкі падключаюцца да блока фільтраў праз раздымы FC/APC (страты 1,82 дБ) (мал. 6б).Прамень адхіляецца дыхроічным люстэркам (#WDM-12P-111-488/500:600, Oz Optics) у SMF праз іншы раз'ём FC/APC.У адпаведнасці з 21 CFR 812, падаючая магутнасць на тканіну абмежавана максімум 2 мВт, каб адпавядаць патрабаванням FDA для нязначнай рызыкі.Флуарэсцэнцыю прапускалі праз дыхроічнае люстэрка і фільтр з доўгім прапусканнем (#BLP01-488R, Semrock).Флуарэсцэнцыя перадавалася на дэтэктар фотапамнажальніка (ФЭУ) (#H7422-40, Hamamatsu) праз раз'ём FC/PC з выкарыстаннем шматмодавага валакна даўжынёй ~1 м з дыяметрам стрыжня 50 мкм.Люмінесцэнтныя сігналы ўзмацняліся з дапамогай высокахуткаснага ўзмацняльніка току (№ 59-179, Edmund Optics).Для збору даных і апрацоўкі малюнкаў у рэжыме рэальнага часу распрацавана спецыяльнае праграмнае забеспячэнне (LabVIEW 2021, NI).Налады магутнасці лазера і ўзмацнення ФЭУ вызначаюцца мікракантролерам (#Arduino UNO, Arduino) з дапамогай спецыяльнай друкаванай платы.SMF і драты заканчваюцца раздымамі і падключаюцца да валаконна-аптычнага (F) і праваднога (W) партоў на базавай станцыі (малюнак 6c).Сістэма візуалізацыі змяшчаецца на партатыўнай калясцы (малюнак 6d). Ізаляцыйны трансфарматар выкарыстоўваўся для абмежавання току ўцечкі да <500 мкА. Ізаляцыйны трансфарматар выкарыстоўваўся для абмежавання току ўцечкі да <500 мкА. Для абмежавання току ўцечкі да <500 мкА выкарыстоўваўся ізалявальны трансфарматар. Ізаляцыйны трансфарматар выкарыстоўваўся для абмежавання току ўцечкі да <500 мкА.使用隔离变压器将泄漏电流限制在<500 мкА。 <500 мкА. Выкарыстоўвайце ізалявальны трансфарматар, каб абмежаваць ток уцечкі да <500 мкА. Выкарыстоўвайце ізаляцыйны трансфарматар, каб абмежаваць ток уцечкі да <500 мкА.
сістэма візуалізацыі.(a) ФЭУ, лазер і ўзмацняльнік знаходзяцца ў базавай станцыі.(b) У групе фільтраў лазер (сіні) рухаецца па валаконна-аптычным кабелі праз раз'ём FC/APC.Прамень адхіляецца дыхроічным люстэркам (DM) у одномодовое валакно (SMF) праз другі раз'ём FC/APC.Флуарэсцэнцыя (зялёная) праходзіць праз DM і фільтр доўгага праходжання (LPF) да ФЭУ праз шматмодавае валакно (MMF).(c) Праксімальны канец эндаскопа падлучаны да валаконна-аптычнага (F) і праваднога (W) портаў базавай станцыі.(d) Эндаскоп, манітор, базавая станцыя, камп'ютар і ізаляцыйны трансфарматар на партатыўнай калясцы.(a, c) Solidworks 2016 выкарыстоўваўся для 3D-мадэлявання сістэмы візуалізацыі і кампанентаў эндаскопа.
Бакавое і восевае разрозненне факусуючай оптыкі вымяралася па функцыі кропкавага распаўсюджвання флуоресцентных мікрасфер (#F8803, Thermo Fisher Scientific) дыяметрам 0,1 мкм.Збірайце выявы, перамяшчаючы мікрасферы па гарызанталі і вертыкалі з крокам 1 мкм з дапамогай лінейнага століка (# M-562-XYZ, DM-13, Newport).Стэк малюнкаў з выкарыстаннем ImageJ2 для атрымання відарысаў папярочнага разрэзу мікрасфер.
Для збору даных і апрацоўкі малюнкаў у рэжыме рэальнага часу распрацавана спецыяльнае праграмнае забеспячэнне (LabVIEW 2021, NI).На мал.7 паказвае агляд працэдур, якія выкарыстоўваюцца для працы сістэмы.Карыстацкі інтэрфейс складаецца з збору дадзеных (DAQ), галоўнай панэлі і панэлі кантролера.Панэль збору даных узаемадзейнічае з галоўнай панэллю для збору і захоўвання неапрацаваных даных, уводу для карыстальніцкіх налад збору даных і кіравання наладамі драйвера сканера.Галоўная панэль дазваляе карыстальніку выбраць патрэбную канфігурацыю для выкарыстання эндаскопа, уключаючы сігнал кіравання сканэрам, частату кадраў відэа і параметры збору дадзеных.Гэтая панэль таксама дазваляе карыстальніку адлюстроўваць і кантраляваць яркасць і кантраснасць выявы.Выкарыстоўваючы неапрацаваныя даныя ў якасці ўваходных дадзеных, алгарытм разлічвае аптымальную наладу ўзмацнення для ФЭУ і аўтаматычна рэгулюе гэты параметр з дапамогай прапарцыйна-інтэгральнай (PI)16 сістэмы кіравання з зваротнай сувяззю.Плата кантролера ўзаемадзейнічае з асноўнай платай і платай збору даных для кіравання магутнасцю лазера і ўзмацненнем ФЭУ.
Архітэктура сістэмнага праграмнага забеспячэння.Карыстальніцкі інтэрфейс складаецца з модуляў (1) збору даных (DAQ), (2) галоўнай панэлі і (3) панэлі кантролера.Гэтыя праграмы працуюць адначасова і ўзаемадзейнічаюць адна з адной праз чэргі паведамленняў.Ключ - гэта MEMS: мікраэлектрамеханічная сістэма, TDMS: паток кіравання тэхнічнымі дадзенымі, PI: прапарцыйны інтэграл, PMT: фотапамнажальнік.Файлы малюнкаў і відэа захоўваюцца ў фарматах BMP і AVI адпаведна.
Алгарытм фазавай карэкцыі выкарыстоўваецца для разліку дысперсіі інтэнсіўнасці пікселяў выявы пры розных значэннях фазы, каб вызначыць максімальнае значэнне, якое выкарыстоўваецца для павышэння рэзкасці выявы.Для карэкцыі ў рэальным часе дыяпазон фазавага сканавання складае ±2,86° з адносна вялікім крокам 0,286°, каб скараціць час вылічэнняў.Акрамя таго, выкарыстанне частак выявы з меншай колькасцю выбарак яшчэ больш скарачае час вылічэння кадра выявы з 7,5 секунд (1 млн выбарак) да 1,88 секунд (250 Ксэмпл) пры 10 Гц.Гэтыя ўваходныя параметры былі выбраны для забеспячэння належнай якасці выявы з мінімальнай затрымкай падчас візуалізацыі in vivo.Жывыя выявы і відэа запісваюцца ў фарматах BMP і AVI адпаведна.Неапрацаваныя даныя захоўваюцца ў фармаце кіравання тэхнічнымі дадзенымі (TMDS).
Пост-апрацоўка малюнкаў in vivo для паляпшэння якасці з дапамогай LabVIEW 2021. Дакладнасць абмежаваная пры выкарыстанні алгарытмаў карэкцыі фазы падчас візуалізацыі in vivo з-за таго, што патрабуецца працяглы час вылічэнняў.Выкарыстоўваюцца толькі абмежаваныя вобласці малюнкаў і нумары ўзораў.Акрамя таго, алгарытм дрэнна працуе для малюнкаў з артэфактамі руху або нізкай кантраснасцю і прыводзіць да памылак разліку фазы30.Асобныя кадры з высокай кантраснасцю і без артэфактаў руху выбіраліся ўручную для тонкай налады фазы з дыяпазонам фазавага сканавання ±0,75° з крокам 0,01°.Выкарыстоўвалася ўся плошча выявы (напрыклад, 1 млн выбарак выявы, запісанай з частатой 10 Гц).У табліцы S2 падрабязна апісаны параметры выявы, якія выкарыстоўваюцца для апрацоўкі ў рэжыме рэальнага часу і пасля апрацоўкі.Пасля фазавай карэкцыі выкарыстоўваецца сярэдні фільтр для далейшага памяншэння шуму выявы.Яркасць і кантраснасць дадаткова паляпшаюцца шляхам расцяжэння гістаграмы і гама-карэкцыі31.
Клінічныя выпрабаванні былі адобраны Аглядальнай радай медыцынскіх устаноў Мічыгана і праводзіліся ў аддзеле медыцынскіх працэдур.Гэта даследаванне зарэгістравана ў Інтэрнэце на ClinicalTrials.gov (NCT03220711, дата рэгістрацыі: 18.07.2017).Крытэрыі ўключэння ўключалі пацыентаў (ва ўзросце ад 18 да 100 гадоў) з раней запланаванай планавай калонаскапіяй, павышаным рызыкай колоректального рака і запаленчым захворваннем кішачніка ў анамнезе.Інфармаваная згода была атрымана ад кожнага суб'екта, які пагадзіўся прыняць удзел.Крытэрыямі выключэння з'яўляліся пацыенткі, якія былі цяжарныя, мелі вядомую гіперчувствітельность да флюарэсцеіну або праходзілі актыўную хіміятэрапію або прамянёвую тэрапію.Гэта даследаванне ўключала паслядоўных пацыентаў, якім запланавана звычайная калонаскапія, і было рэпрэзентатыўным для насельніцтва Мічыганскага медыцынскага цэнтра.Даследаванне праводзілася ў адпаведнасці з Хельсінкскай дэкларацыяй.
Перад аперацыяй адкалібруйце эндаскоп, выкарыстоўваючы люмінесцэнтныя шарыкі памерам 10 мкм (#F8836, Thermo Fisher Scientific), усталяваныя ў сіліконавыя формы.Напаўпразрысты сіліконавы герметык (#RTV108, Momentive) быў заліты ў надрукаваную 3D пластыкавую форму аб'ёмам 8 см3.Апусціце вадзяныя флуоресцентные шарыкі на сілікон і пакіньце, пакуль вада не высахне.
Усю тоўстую кішку абследавалі з дапамогай стандартнага медыцынскага калонаскопа (Olympus, CF-HQ190L) з асвятленнем белым святлом.Пасля таго як эндоскопист вызначыў зону меркаванага захворвання, вобласць промывают 5-10 мл 5% воцатнай кіслаты, а затым стэрыльнай вадой для выдалення слізі і смецця.Дозу 5 мл 5 мг/мл флюарэсцэну (Alcon, Fluorescite) уводзілі нутравенна або мясцова распылялі на слізістую з дапамогай стандартнай канюлі (M00530860, Boston Scientific), якую прапускалі праз працоўны канал.
Выкарыстоўвайце ірыгатар, каб змыць лішкі фарбавальніка або смецця з паверхні слізістай.Выдаліце ​​распыляльны катетер і прапусціце эндаскоп праз працоўны канал для атрымання перадсмяротных здымкаў.Выкарыстоўвайце шырокапалявое эндаскапічнае навядзенне, каб размясціць дыстальны кончык у мэтавай вобласці. Агульны час збору канфакальных малюнкаў быў <10 хвілін. Агульны час збору канфакальных малюнкаў быў <10 хвілін. Агульнае час, затрачанае на збор конфокальных малюнкаў, склала <10 мін. Агульны час збору канфакальных малюнкаў быў <10 хвілін.Агульны час атрымання канфакальных малюнкаў склаў менш за 10 хвілін.Эндаскапічнае відэа ў белым святле апрацоўвалася з дапамогай сістэмы візуалізацыі Olympus EVIS EXERA III (CLV-190) і запісвалася з дапамогай відэарэгістратара Elgato HD.Выкарыстоўвайце LabVIEW 2021 для запісу і захавання відэа эндаскапіі.Пасля завяршэння візуалізацыі эндаскоп выдаляюць, а тканіна, якую трэба візуалізаваць, выразаюць з дапамогай биопсийных шчыпцоў або пасткі. Тканіны былі апрацаваны для звычайнай гісталогіі (H&E) і ацэнены экспертам патолагаанатамам ЖКТ (HDA). Тканіны былі апрацаваны для звычайнай гісталогіі (H&E) і ацэнены экспертам патолагаанатамам ЖКТ (HDA). Тканы былі апрацаваны для звычайнай гісталогіі (H&E) і ацэнены экспертам-паталогіі желудочно-кишечного тракта (HDA). Тканіны былі апрацаваны для звычайнай гісталогіі (H&E) і ацэнены экспертам-страўнікава-кішачным патолагаанатамам (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。 Тканы былі апрацаваны для звычайнай гісталогіі (H&E) і ацэнены экспертам-паталогіі желудочно-кишечного тракта (HDA). Тканіны былі апрацаваны для звычайнай гісталогіі (H&E) і ацэнены экспертам-страўнікава-кішачным патолагаанатамам (HDA).Спектральныя ўласцівасці флуарэсцэну былі пацверджаны з дапамогай спектрометра (USB2000+, Ocean Optics), як паказана на малюнку S2.
Эндаскопы стэрылізуюць пасля кожнага выкарыстання людзьмі (мал. 8).Працэдуры ачысткі праводзіліся пад кіраўніцтвам і з дазволу Дэпартамента інфекцыйнага кантролю і эпідэміялогіі Мічыганскага медыцынскага цэнтра і Цэнтральнага стэрыльнага апрацоўчага блока. Перад даследаваннем інструменты былі пратэставаны і пацверджаны на стэрылізацыю Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), камерцыйнай арганізацыяй, якая прадастаўляе паслугі па прафілактыцы інфекцый і праверцы стэрылізацыі. Перад даследаваннем інструменты былі пратэставаны і пацверджаны на стэрылізацыю Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), камерцыйнай арганізацыяй, якая прадастаўляе паслугі па прафілактыцы інфекцый і праверцы стэрылізацыі. Перад даследаваннем інструменты былі пратэставаны і адобраны для стэрылізацыі кампаніяй Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), камерцыйнай арганізацыяй, якая аказвае паслугі па прафілактыцы інфекцый і праверцы стэрылізацыі. Перад даследаваннем інструменты былі пратэставаны і зацверджаны для стэрылізацыі Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), камерцыйнай арганізацыяй, якая прадастаўляе паслугі па прафілактыцы інфекцый і праверцы стэрылізацыі. Перад даследаваннем інструменты былі стэрылізаваны і правераны Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), камерцыйнай арганізацыяй, якая прадастаўляе паслугі па прафілактыцы інфекцый і праверцы стэрылізацыі. Перад даследаваннем інструменты былі стэрылізаваны і правераны камерцыйнай арганізацыяй Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), якая прадастаўляе паслугі па прафілактыцы інфекцый і праверцы стэрылізацыі.
Перапрацоўка інструментаў.(a) Эндаскопы змяшчаюць у латкі пасля кожнай стэрылізацыі з выкарыстаннем працэсу апрацоўкі STERRAD.(b) SMF і драты заканчваюцца валаконна-аптычнымі і электрычнымі злучальнікамі адпаведна, якія зачыняюцца перад паўторнай апрацоўкай.
Ачысціце эндаскопы, выканаўшы наступныя дзеянні: (1) працярыце эндаскоп тканінай без ворса, змочанай ферментным ачышчальнікам, ад праксімальных да дыстальных аддзелаў;(2) Апусціце прыбор у раствор ферментатыўнага мыйнага сродкі з вадой на 3 хвіліны.тканіна без ворса.Электрычныя і валаконна-аптычныя раздымы накрываюцца і выдаляюцца з раствора;(3) Эндаскоп заварочваюць і змяшчаюць у паддон для інструментаў для стэрылізацыі пры дапамозе STERRAD 100NX, газавай плазмы перакісу вадароду.адносна нізкая тэмпература і нізкая вільготнасць навакольнага асяроддзя.
Наборы дадзеных, выкарыстаныя і/або прааналізаваныя ў бягучым даследаванні, даступныя ў адпаведных аўтараў па абгрунтаваным запыце.
Pilonis, ND, Januszewicz, W. & di Pietro, M. Канфакальная лазерная эндамікраскапія ў страўнікава-кішачнай эндаскапіі: тэхнічныя аспекты і клінічнае прымяненне. Pilonis, ND, Januszewicz, W. & di Pietro, M. Канфакальная лазерная эндамікраскапія ў страўнікава-кішачнай эндаскапіі: тэхнічныя аспекты і клінічнае прымяненне.Pilonis, ND, Januszewicz, V. i di Pietro, M. Канфакальная лазерная эндамікраскапія ў страўнікава-кішачнай эндаскапіі: тэхнічныя аспекты і клінічнае прымяненне. Пілоніс, Н.Д., Янушэвіч, В. і дзі П'етра, М. Pilonis, ND, Januszewicz, W. & di Pietro, M. 共载肠分别在在在共公司设计在在机机：Тэхнічныя аспекты і клінічнае прымяненне.Pilonis, ND, Januszewicz, V. i di Pietro, M. Канфакальная лазерная эндаскапія ў страўнікава-кішачнай эндаскапіі: тэхнічныя аспекты і клінічнае прымяненне.пераклад страўнікава-кішачнага гепарыну.7, 7 (2022).
Аль-Мансур, MR і інш.Аналіз бяспекі і эфектыўнасці канфакальнай лазернай эндамікраскапіі SAGES TAVAC.Аперацыя.Эндаскапія 35, 2091–2103 (2021).
Фугацца, А. і інш.Канфакальная лазерная эндаскапія пры захворваннях страўнікава-кішачнага гасцінца і панкрэатабіліярнай сістэмы: сістэматычны агляд і мета-аналіз.Біямедыцынскія навукі.назапашвальны бак.ўнутраныя 2016, 4638683 (2016).