תודה שביקרת ב-Nature.com.אתה משתמש בגרסת דפדפן עם תמיכת CSS מוגבלת.לקבלת החוויה הטובה ביותר, אנו ממליצים להשתמש בדפדפן מעודכן (או להשבית את מצב תאימות ב-Internet Explorer).בנוסף, כדי להבטיח תמיכה שוטפת, אנו מציגים את האתר ללא סגנונות ו-JavaScript.
מציג קרוסלה של שלוש שקופיות בבת אחת.השתמש בלחצנים 'הקודם' וה'הבא' כדי לעבור בין שלוש שקופיות בכל פעם, או השתמש בלחצני המחוון שבקצה כדי לעבור בין שלוש שקופיות בכל פעם.
אנדוסקופית לייזר קונפוקלית היא שיטה חדשה לביופסיה אופטית בזמן אמת.תמונות פלורסנט באיכות היסטולוגית ניתן להשיג באופן מיידי מהאפיתל של איברים חלולים.נכון לעכשיו, הסריקה מתבצעת באופן פרוקסימלי עם מכשירים מבוססי בדיקה הנמצאים בשימוש נפוץ בפרקטיקה הקלינית, עם גמישות מוגבלת בבקרת המיקוד.אנו מדגימים את השימוש בסורק תהודה פרמטרי המותקן בקצה המרוחק של אנדוסקופ לביצוע סטיה רוחבית במהירות גבוהה.חור נחרט במרכז הרפלקטור כדי לגלגל את נתיב האור.עיצוב זה מקטין את גודל המכשיר לקוטר של 2.4 מ"מ ולאורך 10 מ"מ, ומאפשר להעבירו קדימה דרך ערוץ העבודה של אנדוסקופים רפואיים סטנדרטיים.העדשה הקומפקטית מספקת רזולוציות רוחביות וציריות של 1.1 ו-13.6 מיקרומטר, בהתאמה.מרחק עבודה של 0 מיקרומטר ושדה ראייה של 250 מיקרומטר × 250 מיקרומטר מושגים בקצבי פריימים של עד 20 הרץ.עירור ב-488 ננומטר מעורר fluorescein, צבע המאושר על ידי ה-FDA עבור ניגודיות רקמות גבוהה.אנדוסקופים עברו עיבוד מחדש במשך 18 מחזורים ללא תקלה באמצעות שיטות עיקור מאושרות קלינית.תמונות פלורסנט התקבלו מרירית המעי הגס תקינה, אדנומות צינוריות, פוליפים היפרפלסטיים, קוליטיס כיבית וקוליטיס קרוהן במהלך קולונוסקופיה שגרתית.ניתן לזהות תאים בודדים, כולל קולונוציטים, תאי גביע ותאי דלקת.ניתן להבחין בתכונות רירית כגון מבני קריפטה, חללי קריפטה ולמינה פרופריה.המכשיר יכול לשמש כתוספת לאנדוסקופיה קונבנציונלית.
אנדוסקופית לייזר קונפוקלית היא שיטת הדמיה חדשה המפותחת לשימוש קליני כתוספת לאנדוסקופיה שגרתית1,2,3.מכשירים גמישים אלה המחוברים לסיבים אופטיים יכולים לשמש כדי לזהות מחלות בתאי האפיתל המצפים איברים חלולים, כגון המעי הגס.שכבת רקמה דקה זו פעילה מאוד מבחינה מטבולית ומהווה מקור לתהליכי מחלה רבים כגון סרטן, זיהום ודלקת.אנדוסקופיה יכולה להשיג רזולוציה תת-תאית, לספק תמונות בזמן אמת, כמעט היסטולוגית באיכות in vivo כדי לעזור לרופאים לקבל החלטות קליניות.ביופסיה של רקמות פיזיות נושאת סיכון של דימום ונקב.לעתים קרובות נאספות יותר מדי או מעט מדי דגימות ביופסיה.כל דגימה שהוצאה מגדילה את עלות הניתוח.לוקח מספר ימים עד שהדגימה תוערך על ידי פתולוג.במהלך ימי ההמתנה לתוצאות פתולוגיות, חולים חווים לעתים קרובות חרדה.לעומת זאת, שיטות הדמיה קליניות אחרות כגון MRI, CT, PET, SPECT ואולטרסאונד חסרות את הרזולוציה המרחבית והמהירות הזמנית הנדרשת כדי להמחיש תהליכי אפיתל in vivo עם רזולוציה תת-תאית בזמן אמת.
מכשיר מבוסס בדיקה (Cellvizio) נמצא כיום בשימוש נפוץ במרפאות לביצוע "ביופסיה אופטית".העיצוב מבוסס על צרור סיבים אופטיים קוהרנטיים במרחב4 שאוסף ומשדר תמונות פלורסנט.ליבת הסיבים הבודדים פועלת כ"חור" לסינון מרחבי של אור לא ממוקד לרזולוציה תת-תאית.הסריקה מתבצעת באופן פרוקסימלי באמצעות גלוונומטר גדול ומגושם.הוראה זו מגבילה את יכולתו של כלי בקרת המיקוד.שלב נכון של קרצינומה אפיתל מוקדמת דורש הדמיה מתחת לפני הרקמה כדי להעריך את הפלישה ולקבוע טיפול מתאים.Fluorescein, חומר ניגוד המאושר על ידי ה-FDA, ניתן תוך ורידי כדי להדגיש את המאפיינים המבניים של האפיתל. לאנדומיקרוסקופים אלה יש מידות פחות מ-2.4 מ"מ בקוטר, וניתן להעביר אותם קדימה בקלות דרך ערוץ הביופסיה של אנדוסקופים רפואיים סטנדרטיים. לאנדומיקרוסקופים אלה יש מידות פחות מ-2.4 מ"מ בקוטר, וניתן להעביר אותם קדימה בקלות דרך ערוץ הביופסיה של אנדוסקופים רפואיים סטנדרטיים. Эти эндомикроскопы имеют размеры < 2,4 мм в диаметре и могут быть легко проведены через биопсинахный эндоскопов. אנדומיקרוסקופים אלו הם בקוטר <2.4 מ"מ וניתן להעביר אותם בקלות דרך ערוץ הביופסיה של אנדוסקופים רפואיים סטנדרטיים.בורסקופים אלו הם בקוטר של פחות מ-2.4 מ"מ ועוברים בקלות דרך תעלת הביופסיה של בורסקופים רפואיים סטנדרטיים.גמישות זו מאפשרת מגוון רחב של יישומים קליניים ואינה תלויה ביצרני האנדוסקופים.מחקרים קליניים רבים בוצעו באמצעות מכשיר הדמיה זה, כולל גילוי מוקדם של סרטן הוושט, הקיבה, המעי הגס וחלל הפה.פותחו פרוטוקולי הדמיה ונקבעה בטיחות ההליך.
מערכות מיקרו-אלקטרומכניות (MEMS) היא טכנולוגיה רבת עוצמה לתכנון וייצור מנגנוני סריקה זעירים המשמשים בקצה המרוחק של אנדוסקופים.מיקום זה (ביחס לפרוקסימלי) מאפשר גמישות רבה יותר בשליטה במיקום המיקוד5,6.בנוסף להסטה לרוחב, המנגנון הדיסטלי יכול לבצע גם סריקות ציריות, סריקות פוסט-אובייקטיביות וסריקות גישה אקראית.יכולות אלו מאפשרות חקירה מקיפה יותר של תאי אפיתל, כולל הדמיה אנכית בחתך רוחב7, סריקה נטולת סטייה בשדה ראייה גדול (FOV)8 וביצועים משופרים באזורי משנה המוגדרים על ידי המשתמש9.MEMS פותר את הבעיה החמורה של אריזת מנוע הסריקה עם השטח המצומצם הזמין בקצה הרחוק של המכשיר.בהשוואה לגלונומטרים מגושמים, MEMS מספקים ביצועים מעולים בגודל קטן, במהירות גבוהה ובצריכת חשמל נמוכה.ניתן להגדיל תהליך ייצור פשוט לייצור המוני בעלות נמוכה.עיצובי MEMS רבים דווחו בעבר10,11,12.אף אחת מהטכנולוגיות עדיין לא פותחה מספיק כדי לאפשר שימוש קליני נרחב בהדמיה בזמן אמת ב-vivo דרך ערוץ העבודה של אנדוסקופ רפואי.כאן, אנו שואפים להדגים את השימוש בסורק MEMS בקצה הדיסטלי של אנדוסקופ לרכישת תמונה אנושית in vivo במהלך אנדוסקופיה קלינית שגרתית.
מכשיר סיב אופטי פותח באמצעות סורק MEMS בקצה הדיסטלי כדי לאסוף תמונות פלורסנט בזמן אמת in vivo עם מאפיינים היסטולוגיים דומים.סיב חד-מוד (SMF) סגור בצינור פולימר גמיש ומתרגש ב-λex = 488 ננומטר.תצורה זו מקצרת את אורך הקצה הדיסטלי ומאפשרת להעבירו קדימה דרך ערוץ העבודה של אנדוסקופים רפואיים סטנדרטיים.השתמש בקצה כדי למרכז את האופטיקה.עדשות אלו נועדו להשיג רזולוציה צירית כמעט עקיפה עם צמצם מספרי (NA) = 0.41 ומרחק עבודה = 0 µm13.shims מדויק מיוצרים ליישור מדויק של האופטיקה 14. הסורק ארוז באנדוסקופ עם קצה דיסטלי קשיח בקוטר 2.4 מ"מ ובאורך 10 מ"מ (איור 1a).ממדים אלה מאפשרים להשתמש בו בפרקטיקה הקלינית כאביזר במהלך אנדוסקופיה (איור 1ב).ההספק המרבי של אירוע הלייזר על הרקמה היה 2 mW.
אנדוסקופית לייזר קונפוקלית (CLE) וסורקי MEMS.תצלום המראה (א) מכשיר ארוז עם ממדי קצה דיסטלי קשיח בקוטר 2.4 מ"מ ואורך 10 מ"מ ו-(ב) מעבר ישר דרך תעלת העבודה של אנדוסקופ רפואי סטנדרטי (Olympus CF-HQ190L).(ג) מבט קדמי של הסורק המראה רפלקטור עם פתח מרכזי של 50 מיקרומטר שדרכו עוברת קרן העירור.הסורק מותקן על גימבל המונע על ידי קבוצה של כוננים מרובעים מסרקים.תדירות התהודה של המכשיר נקבעת לפי גודל קפיץ הפיתול.(ד) מבט צדדי של הסורק המראה את הסורק המותקן על מעמד עם חוטים המחוברים לעוגני אלקטרודה המספקים נקודות חיבור לאותות הנעה וכוח.
מנגנון הסריקה מורכב מרפלקטור מותקן בגימבל המונע על ידי קבוצה של מפעילי נצב מונעי מסרק כדי להסיט את הקרן לרוחב (מישור XY) בתבנית Lissajous (איור 1c).חור בקוטר 50 מיקרומטר נחרט במרכז שדרכו עברה קרן העירור.הסורק מונע בתדר התהודה של העיצוב, אותו ניתן לכוונן על ידי שינוי מידות קפיץ הפיתול.עוגני אלקטרודה נחרטו בשוליים של המכשיר כדי לספק נקודות חיבור לאותות מתח ובקרה (איור 1ד).
מערכת ההדמיה מותקנת על עגלה ניידת הניתנת לגלגול לחדר הניתוח.ממשק המשתמש הגרפי תוכנן כדי לתמוך במשתמשים בעלי ידע טכני מינימלי, כגון רופאים ואחיות.בדוק ידנית את תדירות כונן הסורק, מצב צורת אלומה ו-FOV של התמונה.
אורכו הכולל של האנדוסקופ הוא כ-4 מ' כדי לאפשר מעבר מלא של מכשירים דרך ערוץ העבודה של אנדוסקופ רפואי סטנדרטי (1.68 מ'), עם אורך נוסף ליכולת תמרון.בקצה הפרוקסימלי של האנדוסקופ, ה-SMF והחוטים מסתיימים במחברים המתחברים ליציאות הסיבים האופטיים והחוטים של תחנת הבסיס.המתקן מכיל לייזר, יחידת סינון, מגבר מתח גבוה וגלאי פוטו-מכפיל (PMT).המגבר מספק אותות כוח והנעה לסורק.יחידת המסנן האופטית מצמידה את עירור הלייזר ל-SMF ומעבירה את הקרינה ל-PMT.
אנדוסקופים מעובדים מחדש לאחר כל הליך קליני באמצעות תהליך העיקור STERRAD ויכולים לעמוד עד 18 מחזורים ללא תקלה.עבור תמיסת OPA, לא נצפו סימני נזק לאחר יותר מ-10 מחזורי חיטוי.התוצאות של OPA עלו על התוצאות של STERRAD, מה שמצביע על כך שניתן להאריך את חיי האנדוסקופים על ידי חיטוי ברמה גבוהה ולא עיקור מחדש.
רזולוציית התמונה נקבעה מפונקציית פיזור הנקודה באמצעות חרוזים פלורסנטים בקוטר של 0.1 מיקרומטר.עבור רזולוציה צירית וצירית, נמדד רוחב מלא בחצי מקסימום (FWHM) של 1.1 ו-13.6 מיקרומטר, בהתאמה (איור 2a, ב).
אפשרויות תמונה.הרזולוציה הרוחבית (א) וצירית (ב) של אופטיקה המיקוד מאופיינת בפונקציית התפשטות הנקודה (PSF) הנמדדת באמצעות מיקרוספרות ניאון בקוטר של 0.1 מיקרומטר.הרוחב המלא שנמדד בחצי המקסימום (FWHM) היה 1.1 ו-13.6 מיקרומטר, בהתאמה.הוספה: מוצגות תצוגות מורחבות של מיקרוספרה בודדת בכיוונים רוחביים (XY) וציריים (XZ).(ג) תמונה פלורסנטית שהתקבלה מרצועת מטרה רגילה (USAF 1951) (סגלגלה אדומה) המראה שניתן לפתור בבירור קבוצות 7-6.(ד) תמונה של מיקרוספירות פלואורסצנטיות מפוזרות בקוטר 10 מיקרומטר המציגה שדה ראייה של תמונה של 250 מיקרומטר × 250 מיקרון.ה-PSFs ב-(a,b) נבנו באמצעות MATLAB R2019a (https://www.mathworks.com/).(ג, ד) תמונות פלורסנט נאספו באמצעות LabVIEW 2021 (https://www.ni.com/).
תמונות פלורסנט מעדשות ברזולוציה סטנדרטית מבחינות בבירור בין סט העמודות בקבוצות 7-6, השומרת על רזולוציה רוחבית גבוהה (איור 2c).שדה הראייה (FOV) של 250 מיקרומטר × 250 מיקרון נקבע מתמונות של חרוזים פלורסנטים בקוטר 10 מיקרון המפוזרים על כיסויי כיסוי (איור 2ד).
שיטה אוטומטית לבקרת רווח PMT ותיקון פאזה מיושמת במערכת הדמיה קלינית כדי להפחית חפצי תנועה מאנדוסקופים, פריסטלטיקה של המעי הגס ונשימת המטופל.אלגוריתמים של שחזור ועיבוד תמונה תוארו בעבר14,15.רווח ה-PMT נשלט על ידי בקר פרופורציונלי-אינטגרלי (PI) כדי למנוע רוויה בעוצמה16.המערכת קוראת את עוצמת הפיקסלים המקסימלית עבור כל פריים, מחשבת את התגובות הפרופורציונליות והאינטגרליות וקובעת ערכי רווח PMT כדי להבטיח שעוצמת הפיקסלים נמצאת בטווח המותר.
במהלך הדמיה in vivo, אי התאמה של פאזה בין תנועת הסורק לאות הבקרה עלולה לגרום לטשטוש תמונה.השפעות כאלה עלולות להתרחש עקב שינויים בטמפרטורה של המכשיר בתוך גוף האדם.תמונות אור לבן הראו שהאנדוסקופ היה במגע עם רירית המעי הגס רגילה in vivo (איור 3a).ניתן לראות טשטוש של פיקסלים לא מיושרים בתמונות גולמיות של רירית המעי הגס רגילה (איור 3b).לאחר טיפול עם התאמה נכונה של פאזה וניגודיות, ניתן היה להבחין במאפיינים תת-תאיים של הרירית (איור 3c).למידע נוסף, תמונות קונפוקאליות גולמיות ותמונות בזמן אמת מעובדות מוצגות באיור S1, ופרמטרי שחזור התמונה המשמשים לזמן אמת ולאחר עיבוד מוצגים בטבלה S1 ובטבלה S2.
עיבוד תמונה.(א) תמונה אנדוסקופית בזווית רחבה המציגה אנדוסקופ (E) הממוקם במגע עם רירית המעי הגס רגילה (N) כדי לאסוף תמונות פלואורסצנטיות in vivo לאחר מתן פלואורססאין.(ב) שיטוט בצירי ה-X וה-Y במהלך הסריקה עלול לגרום לטשטש פיקסלים שאינם מיושרים.למטרות הדגמה, שינוי פאזה גדול מוחל על התמונה המקורית.(ג) לאחר תיקון שלב לאחר עיבוד, ניתן להעריך פרטים ברירית, כולל מבני קריפטה (חצים), עם לומן מרכזי (l) מוקף בלמינה פרופריה (lp).ניתן להבחין בין תאים בודדים, כולל קולונוציטים (c), תאי גביע (g) ותאי דלקת (חצים).ראה סרטון נוסף 1. (ב, ג) תמונות שעובדו באמצעות LabVIEW 2021.
תמונות קרינה קונפוקאליות התקבלו in vivo במספר מחלות מעי גס כדי להדגים את הישימות הקלינית הרחבה של המכשיר.הדמיה בזווית רחבה מבוצעת תחילה באמצעות אור לבן כדי לזהות רירית חריגה מאוד.לאחר מכן האנדוסקופ מועבר דרך ערוץ העבודה של הקולונוסקופ ומביא במגע עם הרירית.
תמונות אנדוסקופיות רחבות שדה, אנדומיקרוסקופיה קונפוקלית והיסטולוגיה (H&E) מוצגות עבור ניאופלזיה של המעי הגס, כולל אדנומה צינורית ופוליפ היפרפלסטי. תמונות אנדוסקופיות רחבות שדה, אנדומיקרוסקופיה קונפוקלית והיסטולוגיה (H&E) מוצגות עבור ניאופלזיה של המעי הגס, כולל אדנומה צינורית ופוליפ היפרפלסטי. Широкопольная эндоскопия, конфокальная эндомикроскопия и гистологические (H&E) изображения показаны для некив чая тубулярную аденому и гиперпластический полип. אנדוסקופיה של המעי הגס, אנדומיקרוסקופיה קונפוקלית והדמיה היסטולוגית (H&E) מיועדות לנאופלסיה של המעי הגס, כולל אדנומה צינורית ופוליפ היפרפלסטי.显示结肠肿瘤（包括管状腺瘤和增生性息肉）的广角内窥镜检查镜检查送兮达徚焦组织学(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全具共光全具תמונת 果学(H&E). Широкопольная эндоскопия, конфокальная микроэндоскопия и гистологические (H&E) изображения, показываюки включая тубулярные аденомы и гиперпластические полипы. אנדוסקופיה רחבת שדה, מיקרואנדוסקופיה קונפוקלית ותמונות היסטולוגיות (H&E) המראות גידולים של המעי הגס, כולל אדנומות צינוריות ופוליפים היפרפלסטיים.אדנומות צינוריות הראו אובדן ארכיטקטורת קריפטה רגילה, הפחתה בגודל תאי הגביע, עיוות של לומן הקריפטה ועיבוי של lamina propria (איור 4a-c).פוליפים היפרפלסטיים הראו ארכיטקטורת כוכבים של קריפטות, מעט תאי גביע, לומן דמוי חריץ של קריפטות וקריפטות למלריות לא סדירות (איור 4d-f).
תמונה של עור עבה ברירית in vivo. אנדוסקופיה מייצגת של אור לבן, אנדומיקרוסקופ קונפוקאלי והיסטולוגיה (H&E) מוצגות עבור (ac) אדנומה, (df) פוליפ היפרפלסטי, (gi) קוליטיס כיבית ו- (jl) קוליטיס קרוהן. אנדוסקופיה מייצגת של אור לבן, אנדומיקרוסקופ קונפוקאלי והיסטולוגיה (H&E) מוצגות עבור (ac) אדנומה, (df) פוליפ היפרפלסטי, (gi) קוליטיס כיבית ו- (jl) קוליטיס קרוהן. Типичные изображения эндоскопии в белом свете, конфокального эндомикроскопа и гистологии (H&E) показапер, (ac.) стического полипа, (gi) язвенного колита и (jl) колита Крона. אנדוסקופיה טיפוסית של אור לבן, אנדומיקרוסקופ קונפוקאלי והיסטולוגיה (H&E) מוצגות עבור (ac) אדנומה, (df) פוליפ היפרפלסטי, (gi) קוליטיס כיבית ו- (jl) קוליטיס קרוהן.显示了(ac) 腺瘤、(df) 增生性息肉、(gi) 溃疡性结肠炎和(jl) 克罗恩逓肠炎眳查、共聚焦内窥镜检查和组织学( H&E) 图像. זה מראה(ac) 躰真、(df) 增生性息肉、(gi) 苏盖性红肠炎和(jl) 克罗恩红肠炎的佀罆炲恩红肠炎的佀罆炲怅共公司内肠肠炎性和电视学( H&E ) תמונה. Представлены репрезентативные эндоскопия в белом свете, конфокальная эндоскопия и гистологогогия (ac) адинфокальная эндоскопия и гистологогия (ac) адинфокальная ипоза, (gi) язвенного колита и (jl) колита Крона (H&E). מוצגות אנדוסקופיה מייצגת של אור לבן, אנדוסקופיה קונפוקלית והיסטולוגיה של (ac) אדנומה, (df) פוליפוזיס היפרפלסטי, (gi) קוליטיס כיבית ו-(jl) קוליטיס קרוהן (H&E).(ב) מציג תמונה קונפוקלית שהתקבלה in vivo מאדנומה צינורית (TA) באמצעות אנדוסקופ (E).נגע טרום סרטני זה מראה אובדן של ארכיטקטורת קריפטה רגילה (חץ), עיוות של לומן הקריפטה (l), וצפיפות של הקריפטה lamina propria (lp).ניתן לזהות גם קולונוציטים (c), תאי גביע (g) ותאי דלקת (חצים).Smt.סרטון משלים 2. (ה) מציג תמונה קונפוקלית שהתקבלה מפוליפ היפרפלסטי (HP) in vivo.נגע שפיר זה מדגים ארכיטקטורת קריפטה כוכבית (חץ), לומן קריפטה דמוי חריץ (l), ולמינה פרופריה בעלת צורה לא סדירה (lp).ניתן לזהות גם קולונוציטים (c), מספר תאי גביע (g) ותאי דלקת (חצים).Smt.סרטון משלים 3. (ח) מציג תמונות קונפוקאליות שנרכשו בקוליטיס כיבית (UC) in vivo.מצב דלקתי זה מראה ארכיטקטורת קריפטה מעוותת (חץ) ותאי גביע בולטים (g).נוצות של fluorescein (f) מחולצות מתאי אפיתל, המשקפות חדירות מוגברת של כלי הדם.תאים דלקתיים רבים (חצים) נראים בלמינה פרופריה (lp).Smt.סרטון משלים 4. (ק) מציג תמונה קונפוקלית שהתקבלה in vivo מאזור של קרוהן קוליטיס (CC).מצב דלקתי זה מראה ארכיטקטורת קריפטה מעוותת (חץ) ותאי גביע בולטים (g).נוצות של fluorescein (f) מחולצות מתאי אפיתל, המשקפות חדירות מוגברת של כלי הדם.תאים דלקתיים רבים (חצים) נראים בלמינה פרופריה (lp).Smt.סרטון משלים 5. (b, d, h, l) תמונות שעובדו באמצעות LabVIEW 2021.
מוצג סט דומה של תמונות של דלקת במעי הגס, כולל קוליטיס כיבית (UC) (איור 4g-i) וקוליטיס קרוהן (איור 4j-l).התגובה הדלקתית נחשבת מאופיינת במבני קריפטה מעוותים עם תאי גביע בולטים.פלואורשאין נסחט מתאי אפיתל, המשקף חדירות מוגברת של כלי הדם.ניתן לראות מספר רב של תאים דלקתיים בלמינה פרופריה.
הדגמנו את היישום הקליני של אנדוסקופ לייזר קונפוקאלי גמיש עם סיבים תזונתיים, המשתמש בסורק MEMS הממוקם באופן דיסטלי לרכישת תמונה in vivo.בתדר תהודה, ניתן להשיג קצבי פריימים של עד 20 הרץ באמצעות מצב סריקת Lissajous בצפיפות גבוהה כדי להפחית חפצי תנועה.הנתיב האופטי מקופל כדי לספק הרחבת אלומה וצמצם מספרי מספיק כדי להשיג רזולוציה רוחבית של 1.1 מיקרומטר.תמונות פלורסנט באיכות היסטולוגית התקבלו במהלך קולונוסקופיה שגרתית של רירית המעי הגס תקינה, אדנומות צינוריות, פוליפים היפרפלסטיים, קוליטיס כיבית וקוליטיס קרוהן.ניתן לזהות תאים בודדים, כולל קולונוציטים, תאי גביע ותאי דלקת.ניתן להבחין בתכונות רירית כגון מבני קריפטה, חללי קריפטה ולמינה פרופריה.החומרה המדויקת מעובדת במיקרו על מנת להבטיח יישור מדויק של הרכיבים האופטיים והמכאניים הבודדים בתוך המכשיר בקוטר 2.4 מ"מ x 10 מ"מ באורך.העיצוב האופטי מקטין את אורך הקצה הדיסטלי הקשיח במידה מספקת כדי לאפשר מעבר ישיר דרך תעלת עבודה בגודל סטנדרטי (קוטר 3.2 מ"מ) באנדוסקופים רפואיים.לכן, ללא קשר ליצרן, המכשיר יכול להיות בשימוש נרחב על ידי רופאים במקום המגורים.עירור בוצע ב-λex = 488 ננומטר כדי לעורר fluorescein, צבע מאושר על ידי ה-FDA, כדי להשיג ניגודיות גבוהה.המכשיר עבר עיבוד מחדש ללא בעיות במשך 18 מחזורים תוך שימוש בשיטות עיקור מקובלות קלינית.
שני עיצובי מכשירים אחרים אושרו קלינית.Cellvizio (Mauna Kea Technologies) הוא אנדוסקופ לייזר קונפוקאלי מבוסס בדיקה (pCLE) המשתמש בצרור של כבלים סיבים אופטיים קוהרנטיים רב-מודדים כדי לאסוף ולשדר תמונות פלואורסצנטיות1.מראה גלוו הממוקמת על תחנת הבסיס מבצעת סריקה לרוחב בקצה הפרוקסימלי.חתכים אופטיים נאספים במישור האופקי (XY) עם עומק של 0 עד 70 מיקרומטר.ערכות מיקרופרוביות זמינות בקוטר של 0.91 (מחט 19G) ועד 5 מ"מ.הושגה רזולוציה רוחבית של 1 עד 3.5 מיקרומטר.תמונות נאספו בקצב פריימים של 9 עד 12 הרץ עם שדה ראייה חד מימדי מ-240 עד 600 מיקרומטר.הפלטפורמה הייתה בשימוש קליני במגוון תחומים כולל צינור המרה, שלפוחית ​​השתן, המעי הגס, הוושט, הריאות והלבלב.Optiscan Pty Ltd פיתחה אנדוסקופ לייזר קונפוקאלי מבוסס אנדוסקופ (eCLE) עם מנוע סריקה מובנה בצינור ההחדרה (קצה מרוחק) של אנדוסקופ מקצועי (EC-3870K, Pentax Precision Instruments) 17 .החתך האופטי בוצע באמצעות סיב חד-מוד, וסריקת צד בוצעה באמצעות מנגנון שלוחה דרך מזלג כוונון תהודה.מפעיל סגסוגת זיכרון צורה (Nitinol) משמש ליצירת תזוזה צירית.הקוטר הכולל של המודול הקונפוקאלי הוא 5 מ"מ.לצורך מיקוד, נעשה שימוש בעדשת GRIN עם צמצם מספרי של NA = 0.6.תמונות אופקיות נרכשו ברזולוציות רוחביות וציריות של 0.7 ו-7 מיקרומטר, בהתאמה, בקצב פריימים של 0.8-1.6 הרץ ושדה ראייה של 500 מיקרומטר × 500 מיקרומטר.
אנו מדגימים רזולוציה תת-תאית רכישת הדמיית הקרינה מגוף האדם באמצעות אנדוסקופ רפואי באמצעות סורק MEMS קצה דיסטלי.הקרינה מספקת ניגודיות תמונה גבוהה, וליגנים הנקשרים למטרות פני התאים יכולים להיות מסומנים עם פלואורופורים כדי לספק זהות מולקולרית לאבחון מחלה משופר18.גם טכניקות אופטיות אחרות למיקרואנדוסקופיה in vivo מפותחות. OCT משתמש באורך הקוהרנטיות הקצר ממקור אור פס רחב כדי לאסוף תמונות במישור האנכי עם עומקים של>1 מ"מ19. OCT משתמש באורך הקוהרנטיות הקצר ממקור אור פס רחב כדי לאסוף תמונות במישור האנכי עם עומקים של>1 מ"מ19. ОКТ использует короткую длину когерентности широкополосного источника света для сбора изображений в вертиской мм19. OCT משתמש באורך הקוהרנטיות הקצר של מקור אור פס רחב כדי להשיג תמונות במישור האנכי עם עומק של יותר מ-1 מ"מ19. אוקטובר 使用宽带光源的短相干长度来收集垂直平面中深度> 1 מ"מ19 的图像。1 מ"מ19 的图像. ОКТ использует короткую длину когерентности широкополосного источника света для сбора изображений на глувий на глувий 9 скости. OCT משתמש באורך הקוהרנטיות הקצר של מקור אור בפס רחב כדי להשיג תמונות >1 mm19 במישור האנכי.עם זאת, גישה זו עם ניגודיות נמוכה מסתמכת על אוסף אור מפוזר לאחור ורזולוציית התמונה מוגבלת על ידי חפצי כתמים.אנדוסקופיה פוטו-אקוסטית מייצרת תמונות in vivo המבוססות על התרחבות תרמו-אלסטית מהירה ברקמה לאחר קליטה של ​​דופק לייזר שיוצר גלי קול20. גישה זו הדגימה עומקי הדמיה של מעל 1 ס"מ במעי הגס אנושי in vivo לניטור טיפול. גישה זו הדגימה עומקי הדמיה של מעל 1 ס"מ במעי הגס אנושי in vivo לניטור טיפול. Этот подход продемонстрировал глубину визуализации > 1 см в толстой кишке человека in vivo עבור מוניטור. גישה זו הדגימה עומק הדמיה של מעל 1 ס"מ במעי הגס האנושי in vivo לניטור טיפול.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 ל-мониторин. גישה זו הוכחה בעומקי הדמיה של מעל 1 ס"מ במעי הגס האנושי in vivo לניטור טיפול.הניגוד מיוצר בעיקר על ידי המוגלובין בכלי הדם.אנדוסקופיה מולטיפוטונים מייצרת תמונות פלואורסצנטיות בעלות ניגודיות גבוהה כאשר שניים או יותר פוטוני NIR פוגעים בביו-מולקולות של רקמות בו זמנית21. גישה זו יכולה להשיג עומקי הדמיה > 1 מ"מ עם פוטורעילות נמוכה. גישה זו יכולה להשיג עומקי הדמיה > 1 מ"מ עם פוטורעילות נמוכה. Этот подход может обеспечить глубину изображения > 1 мм с низкой фототоксичностью. גישה זו יכולה לספק עומק תמונה > 1 מ"מ עם פוטורעילות נמוכה.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. גישה זו יכולה לספק עומק תמונה > 1 מ"מ עם פוטורעילות נמוכה.נדרשים פעימות לייזר פמט-שנייה בעוצמה גבוהה ושיטה זו לא הוכחה קלינית במהלך אנדוסקופיה.
באב טיפוס זה, הסורק מבצע סטיה לרוחב בלבד, כך שהחלק האופטי נמצא במישור האופקי (XY).המכשיר מסוגל לפעול בקצב פריימים גבוה יותר (20 הרץ) מהמראות הגלווניות (12 הרץ) במערכת Cellvizio.הגדל את קצב הפריימים כדי להפחית חפצי תנועה והקטנת קצב הפריימים כדי להגביר את האות.דרושים אלגוריתמים מהירים ואוטומטיים כדי להפחית חפצי תנועה גדולים הנגרמים על ידי תנועה אנדוסקופית, תנועת נשימה ותנועתיות מעיים.הוכח כי סורקי תהודה פרמטריים משיגים תזוזות ציריות העולה על מאות מיקרון22. ניתן לאסוף תמונות במישור אנכי (XZ), בניצב למשטח הרירי, כדי לספק את אותה תצוגה כמו זו של היסטולוגיה (H&E). ניתן לאסוף תמונות במישור אנכי (XZ), בניצב למשטח הרירי, כדי לספק את אותה תצוגה כמו זו של היסטולוגיה (H&E). Изображения могут быть получены в вертикальной плоскости (XZ), перпендикулярной поверхности слизистой обочоч же изображение, как при гистологии (H&E). ניתן לצלם תמונות במישור אנכי (XZ) בניצב למשטח הרירי כדי לספק את אותה תמונה כמו בהיסטולוגיה (H&E).可以在垂直于粘膜表面的垂直平面(XZ) 中收集图像，以提供表面的垂直平面(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 обочоч же изображение, как при гистологическом исследовании (H&E). ניתן לצלם תמונות במישור אנכי (XZ) בניצב למשטח הרירי כדי לספק תמונה זהה לבדיקה היסטולוגית (H&E).ניתן למקם את הסורק במיקום פוסט-אובייקטיבי שבו אלומת ההארה נופלת לאורך הציר האופטי הראשי כדי להפחית את הרגישות לאברציות8.נפחי מוקד כמעט מוגבלים בעקיפה יכולים לסטות בשדות ראייה גדולים באופן שרירותי.ניתן לבצע סריקה בגישה אקראית כדי להסיט מחזירי אור למיקומים המוגדרים על ידי המשתמש9.ניתן להקטין את שדה הראייה כדי להדגיש אזורים שרירותיים בתמונה, ולשפר את יחס האות לרעש, הניגודיות וקצב הפריימים.ניתן לייצר סורקים המוני באמצעות תהליכים פשוטים.ניתן לייצר מאות מכשירים על כל רקיקת סיליקון כדי להגדיל את הייצור לייצור המוני בעלות נמוכה והפצה רחבה.
נתיב האור המקופל מקטין את גודל הקצה הדיסטלי הקשיח, מה שמקל על השימוש באנדוסקופ כאביזר במהלך קולונוסקופיה שגרתית.בתמונות הפלורסנט המוצגות, ניתן לראות מאפיינים תת-תאיים של הרירית כדי להבחין בין אדנומות צינוריות (טרום סרטניות) מפוליפים היפרפלסטיים (שפירים).תוצאות אלו מצביעות על כך שאנדוסקופיה יכולה להפחית את מספר הביופסיות המיותרות23.ניתן להפחית סיבוכים כלליים הקשורים לניתוח, ניתן לייעל את מרווחי הניטור ולמזער ניתוח היסטולוגי של נגעים קלים.אנו מציגים גם תמונות in vivo של חולים עם מחלת מעי דלקתית, כולל קוליטיס כיבית (UC) וקוליטיס קרוהן.קולונוסקופיה רגילה של אור לבן מספקת מבט מקרוסקופי של פני השטח הרירי עם יכולת מוגבלת להעריך במדויק את הריפוי הרירי.ניתן להשתמש באנדוסקופיה in vivo כדי להעריך את היעילות של טיפולים ביולוגיים כגון נוגדנים אנטי-TNF24.הערכה מדויקת in vivo יכולה גם להפחית או למנוע הישנות מחלה וסיבוכים כגון ניתוח ולשפר את איכות החיים.לא דווחו תגובות שליליות חמורות במחקרים קליניים הקשורים לשימוש באנדוסקופים המכילים פלואורססאין in vivo25. עוצמת הלייזר על פני הרירית הוגבלה ל-2 mW כדי למזער את הסיכון לפציעה תרמית ולעמוד בדרישות ה-FDA לסיכון לא משמעותי26 לפי 21 CFR 812. עוצמת הלייזר על פני הרירית הוגבלה ל-2 mW כדי למזער את הסיכון לפציעה תרמית ולעמוד בדרישות ה-FDA לסיכון לא משמעותי26 לפי 21 CFR 812. Мощность лазера на поверхности слизистой оболочки была ограничена до <2 мВт, чтобы свести к минимумиск соответствовать требованиям FDA относительно незначительного риска26 согласно 21 CFR 812. עוצמת הלייזר במשטח הרירית הוגבלה ל-2 mW פחותה כדי למזער את הסיכון לנזק תרמי ולעמוד בדרישות ה-FDA לסיכון זניח26 לפי 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风险鯌并滤飍险鯇并滤12足FR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 минимумиск соответствовать требованиям FDA 21 CFR 812 относительно незначительного риска26. עוצמת הלייזר במשטח הרירית הוגבלה ל-2 mW פחותה כדי למזער את הסיכון לנזק תרמי ולעמוד בדרישות FDA ​​21 CFR 812 לסיכון זניח26.
ניתן לשנות את עיצוב המכשיר כדי לשפר את איכות התמונה.אופטיקה מיוחדת זמינה כדי להפחית סטייה כדורית, לשפר את רזולוציית התמונה ולהגדיל את מרחק העבודה.ניתן לכוון את ה-SIL כך שיתאים יותר לאינדקס השבירה של הרקמה (~1.4) כדי לשפר את צימוד האור.ניתן לכוונן את תדר הכונן כדי להגדיל את הזווית הרוחבית של הסורק ולהרחיב את שדה הראייה של התמונה.אתה יכול להשתמש בשיטות אוטומטיות כדי להסיר מסגרות של תמונה עם תנועה משמעותית כדי למתן את האפקט הזה.מערך שערים הניתן לתכנות בשדה (FPGA) עם רכישת נתונים במהירות גבוהה ישמש כדי לספק ביצועים גבוהים בזמן אמת לתיקון פריים מלא.כדי לקבל תועלת קלינית רבה יותר, שיטות אוטומטיות חייבות לתקן את החפצים בהסטת פאזה ותנועה לפירוש תמונה בזמן אמת.ניתן ליישם סורק תהודה פרמטרי מונוליטי בעל 3 צירים כדי להציג סריקה צירית 22 . התקנים אלה פותחו כדי להשיג תזוזה אנכית חסרת תקדים של מעל 400 מיקרומטר על ידי כוונון תדר ההנעה במשטר הכולל דינמיקה מעורבת של ריכוך/התקשות27. התקנים אלה פותחו כדי להשיג תזוזה אנכית חסרת תקדים של מעל 400 מיקרומטר על ידי כוונון תדר ההנעה במשטר הכולל דינמיקה מעורבת של ריכוך/התקשות27. Эти устройства были разработаны для достижения беспрецедентного вертикального смещения > 400 мкм путем начения жиме, который характеризуется смешанной динамикой смягчения/жесткости27. התקנים אלה תוכננו להשיג תזוזה אנכית חסרת תקדים של>400 מיקרומטר על ידי הגדרת תדר ההנעה במצב המאופיין בדינמיקה מעורבת רכה/קשה27.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鰃整办媉鰃整有的>400 מיקרומטר 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 状送 烊 客现 的> 400 מיקרומטר 的 垂直 位移 27. Эти устройства были разработаны для достижения беспрецедентных вертикальных смещений > 400 мкм путем наставы име со смешанной кинетикой размягчения/затвердевания27. התקנים אלה תוכננו להשיג תזוזות אנכיות חסרות תקדים של מעל 400 מיקרומטר על ידי התאמת תדר ההדק במצב קינטיקה מעורבת של ריכוך/התקשות27.בעתיד, הדמיה רוחבית אנכית עשויה לסייע בבימוי סרטן מוקדם (T1a).ניתן ליישם מעגל חישה קיבולי כדי לעקוב אחר תנועת הסורק ולתקן את הסטת פאזה 28 .כיול פאזה אוטומטי באמצעות מעגל חיישן יכול להחליף כיול ידני של המכשיר לפני השימוש.ניתן לשפר את אמינות המכשיר על ידי שימוש בטכניקות איטום מכשירים אמינות יותר כדי להגדיל את מספר מחזורי העיבוד.טכנולוגיית MEMS מבטיחה להאיץ את השימוש באנדוסקופים להמחשת אפיתל של איברים חלולים, אבחון מחלות וניטור טיפול באופן זעיר פולשני.עם פיתוח נוסף, שיטת ההדמיה החדשה הזו יכולה להפוך לפתרון בעלות נמוכה לשימוש כתוספת לאנדוסקופים רפואיים לבדיקה היסטולוגית מיידית ובסופו של דבר יכולה להחליף ניתוח פתולוגי מסורתי.
סימולציות של מעקב אחר קרניים בוצעו באמצעות תוכנת עיצוב אופטי ZEMAX (גרסה 2013) כדי לקבוע את הפרמטרים של אופטיקה המיקוד.קריטריוני התכנון כוללים רזולוציה צירית כמעט-דיפרקטיבית, מרחק עבודה = 0 מיקרומטר ושדה ראייה (FOV) גדול מ-250 × 250 מיקרומטר.עבור עירור באורך גל λex = 488 ננומטר, נעשה שימוש בסיב חד-מוד (SMF).כפולות אכרומטיות משמשות להפחתת השונות של אוסף הקרינה (איור 5א).הקרן עוברת דרך ה-SMF בקוטר שדה מצב של 3.5 מיקרומטר וללא חיתוך עוברת דרך מרכז הרפלקטור בקוטר צמצם של 50 מיקרומטר.השתמש בעדשת טבילה קשה (חצי כדורית) עם מקדם שבירה גבוה (n = 2.03) כדי למזער סטייה כדורית של קרן קרן ולהבטיח מגע מלא עם משטח הרירית.אופטיקה של מיקוד מספקת סך NA = 0.41, כאשר NA = nsinα, n הוא מקדם השבירה של הרקמה, α היא זווית ההתכנסות המקסימלית של האלומה.הרזולוציות הרוחביות והציריות המוגבלות בעקיפה הן 0.44 ו-6.65 מיקרומטר, בהתאמה, תוך שימוש ב-NA = 0.41, λ = 488 ננומטר ו-n = 1.3313.רק עדשות זמינות מסחרית בקוטר חיצוני (OD) ≤ 2 מ"מ נלקחו בחשבון.הנתיב האופטי מקופל, והקרן היוצאת מה-SMF עוברת דרך הפתח המרכזי של הסורק ומשתקפת בחזרה על ידי מראה קבועה (קוטר 0.29 מ"מ).תצורה זו מקצרת את אורך הקצה הדיסטלי הקשיח כדי להקל על מעבר קדימה של האנדוסקופ דרך ערוץ העבודה הסטנדרטי (קוטר 3.2 מ"מ) של אנדוסקופים רפואיים.תכונה זו מקלה על השימוש כאביזר במהלך אנדוסקופיה שגרתית.
אריזת מנחה אור ואריזת אנדוסקופ מקופלת.(א) קרן העירור יוצאת מה-OBC ועוברת דרך הצמצם המרכזי של הסורק.הקרן מורחבת ומשתקפת ממראה עגולה קבועה בחזרה לתוך הסורק להסטה לרוחב.אופטיקה המיקוד מורכבת מזוג עדשות כפולות אכרומטיות ועדשת טבילה מוצקה (חצי כדורית) המספקת מגע עם פני הרירית.ZEMAX 2013 (https://www.zemax.com/) לעיצוב אופטי והדמיית מעקב אחר קרניים.(ב) מציג את מיקומם של רכיבי מכשיר שונים, כולל סיבים במצב יחיד (SMF), סורק, מראות ועדשות.Solidworks 2016 (https://www.solidworks.com/) שימשה למידול תלת מימד של אריזת האנדוסקופ.
SMF (#460HP, Thorlabs) עם קוטר שדה מצב של 3.5 מיקרומטר באורך גל של 488 ננומטר שימש כ"חור" לסינון מרחבי של אור לא ממוקד (איור 5b).ה-SMFs סגורים בצינורות פולימר גמישים (#Pebax 72D, Nordson MEDICAL).אורך של כ-4 מטרים משמש כדי להבטיח מרחק מספיק בין המטופל למערכת ההדמיה.זוג עדשות כפולה אכרומטיות מצופות MgF2 2 מ"מ (#65568, #65567, Edmund Optics) ועדשה חצי כדורית לא מצופה 2 מ"מ (#90858, Edmund Optics) שימשו למיקוד הקרן ולאיסוף הקרינה.הכנס צינור קצה מנירוסטה (אורך 4 מ"מ, 2.0 מ"מ OD, 1.6 מ"מ מזהה) בין השרף לצינור החיצוני כדי לבודד את רטט הסורק.השתמש בדבקים רפואיים כדי להגן על המכשיר מנוזלי גוף ונהלי טיפול.השתמש בצינורות לכווץ חום כדי להגן על המחברים.
הסורק הקומפקטי עשוי על עיקרון של תהודה פרמטרית.תחרוט צמצם של 50 מיקרומטר במרכז הרפלקטור כדי להעביר את אלומת העירור.באמצעות קבוצה של כוננים מונעי מסרק נצב, הקרן המורחבת מוסטת לרוחב בכיוון האורתוגונלי (מישור XY) במצב Lissajous.לוח רכישת נתונים (#DAQ PCI-6115, NI) שימש ליצירת אותות אנלוגיים לשליטה בסורק.הכוח סופק על ידי מגבר מתח גבוה (#PDm200, PiezoDrive) באמצעות חוטים דקים (#B4421241, MWS Wire Industries).בצע חיווט על אבזור האלקטרודה.הסורק פועל בתדרים הקרובים ל-15 קילו-הרץ (ציר מהיר) ו-4 קילו-הרץ (ציר איטי) כדי להשיג FOV עד 250 מיקרומטר × 250 מיקרומטר.ניתן לצלם וידאו בקצב פריימים של 10, 16 או 20 הרץ.קצבי פריימים אלו משמשים כדי להתאים את קצב החזרות של תבנית הסריקה של Lissajous, התלויה בערך של תדרי העירור X ו-Y של הסורק29.פרטים על הפשרות בין קצב פריימים, רזולוציית הפיקסלים וצפיפות דפוסי הסריקה מוצגים בעבודה הקודמת שלנו14.
לייזר מצב מוצק (# OBIS 488 LS, קוהרנטי) מספק λex = 488 ננומטר כדי לעורר fluorescein עבור ניגודיות תמונה (איור 6a).צמות אופטיות מחוברות ליחידת המסנן באמצעות מחברי FC/APC (אובדן 1.82 dB) (איור 6b).הקרן מוסטת על ידי מראה דיכרואית (#WDM-12P-111-488/500:600, Oz Optics) ב-SMF דרך מחבר FC/APC אחר.בהתאם ל-21 CFR 812, הספק תקרית לרקמה מוגבל למקסימום של 2 mW כדי לעמוד בדרישות ה-FDA לסיכון זניח.הקרינה הועברה דרך מראה דיכרואית ומסנן שידור ארוך (#BLP01-488R, Semrock).הקרינה הועברה לגלאי צינור פוטו-מכפיל (PMT) (#H7422-40, Hamamatsu) באמצעות מחבר FC/PC באמצעות סיב רב-מודד באורך של כ-1 מטר עם קוטר ליבה של 50 מיקרון.אותות פלורסנט הוגברו עם מגבר זרם מהיר (#59-179, Edmund Optics).תוכנה מיוחדת (LabVIEW 2021, NI) פותחה עבור רכישת נתונים ועיבוד תמונה בזמן אמת.הגדרות כוח הלייזר ו-PMT נקבעות על ידי המיקרו-בקר (#Arduino UNO, Arduino) באמצעות לוח מעגלים מודפס מיוחד.ה-SMF והחוטים מסתיימים במחברים ומתחברים ליציאות הסיבים האופטיים (F) והחוטים (W) בתחנת הבסיס (איור 6c).מערכת ההדמיה נמצאת על עגלה ניידת (איור 6ד). נעשה שימוש בשנאי בידוד כדי להגביל את זרם הדליפה ל-<500 μA. נעשה שימוש בשנאי בידוד כדי להגביל את זרם הדליפה ל-<500 μA. Для ограничения тока утечки до <500 мкА использовался изолирующий трансформатор. נעשה שימוש בשנאי בידוד כדי להגביל את זרם הדליפה ל-<500 µA.使用隔离变压器将泄漏电流限制在<500 μA. <500 מיקרומטר. Используйте изолирующий трансформатор, чтобы ограничить ток утечки до <500 мкА. השתמש בשנאי בידוד כדי להגביל את זרם הזליגה ל-<500 µA.
מערכת הדמיה.(א) ה-PMT, הלייזר והמגבר נמצאים בתחנת הבסיס.(ב) בבנק המסננים, הלייזר (כחול) עובר על כבל הסיבים האופטיים דרך מחבר FC/APC.הקרן מוסטת על ידי מראה דיכרואית (DM) לתוך סיב מצב יחיד (SMF) באמצעות מחבר FC/APC שני.הקרינה (ירוק) עוברת דרך מסנן ה-DM והמעבר הארוך (LPF) אל ה-PMT דרך סיב רב-מצבי (MMF).(ג) הקצה הפרוקסימלי של האנדוסקופ מחובר ליציאות הסיבים האופטיים (F) והחוטים (W) של תחנת הבסיס.(ד) אנדוסקופ, צג, תחנת בסיס, מחשב ושנאי בידוד על עגלה ניידת.(א, ג) Solidworks 2016 שימשה למידול תלת מימד של מערכת ההדמיה ורכיבי האנדוסקופ.
הרזולוציה הרוחבית והצירית של אופטיקה המיקוד נמדדה מפונקציית התפשטות הנקודה של מיקרוספירות ניאון (#F8803, Thermo Fisher Scientific) בקוטר של 0.1 מיקרומטר.אסוף תמונות על ידי תרגום המיקרוספרות אופקית ואנכית בצעדים של 1 מיקרומטר באמצעות שלב ליניארי (# M-562-XYZ, DM-13, Newport).מחסנית תמונה באמצעות ImageJ2 כדי לרכוש תמונות חתך של מיקרוספרות.
תוכנה מיוחדת (LabVIEW 2021, NI) פותחה עבור רכישת נתונים ועיבוד תמונה בזמן אמת.על איור.7 מציג סקירה כללית של השגרות המשמשות להפעלת המערכת.ממשק המשתמש מורכב מרכישת נתונים (DAQ), פאנל ראשי ופאנל בקר.לוח איסוף הנתונים מקיים אינטראקציה עם הפאנל הראשי כדי לאסוף ולאחסן נתונים גולמיים, לספק קלט להגדרות איסוף נתונים מותאמות אישית ולנהל את הגדרות מנהל ההתקן של הסורק.הפאנל הראשי מאפשר למשתמש לבחור את התצורה הרצויה לשימוש באנדוסקופ, כולל אות הבקרה של הסורק, קצב פריימים של וידאו ופרמטרים של רכישה.פאנל זה גם מאפשר למשתמש להציג ולשלוט בבהירות ובניגודיות של התמונה.תוך שימוש בנתונים הגולמיים כקלט, האלגוריתם מחשב את הגדרת ההגבר האופטימלית עבור ה-PMT ומתאים אוטומטית פרמטר זה באמצעות מערכת בקרת משוב פרופורציונלית-אינטגרלית (PI)16.לוח הבקר מקיים אינטראקציה עם הלוח הראשי ולוח רכישת הנתונים כדי לשלוט בעוצמת הלייזר וברווח PMT.
ארכיטקטורת תוכנת מערכת.ממשק המשתמש מורכב ממודולים (1) רכישת נתונים (DAQ), (2) פאנל ראשי ו- (3) לוח בקר.תוכניות אלו פועלות במקביל ומתקשרות זו עם זו באמצעות תורי הודעות.המפתח הוא MEMS: Microelectromechanical System, TDMS: Technical Data Control Flow, PI: Proportional Integral, PMT: Photomultiplier.קבצי תמונה ווידאו נשמרים בפורמטים BMP ו-AVI, בהתאמה.
אלגוריתם תיקון פאזה משמש לחישוב הפיזור של עוצמות פיקסלים בתמונה בערכי פאזה שונים כדי לקבוע את הערך המרבי המשמש לחידוד התמונה.לתיקון בזמן אמת, טווח סריקת הפאזה הוא ±2.86° עם צעד גדול יחסית של 0.286° כדי להפחית את זמן החישוב.בנוסף, שימוש בחלקים מהתמונה עם פחות דגימות מקטין עוד יותר את זמן חישוב מסגרת התמונה מ-7.5 שניות (1 Msample) ל-1.88 שניות (250 Ksample) ב-10 הרץ.פרמטרי קלט אלה נבחרו כדי לספק איכות תמונה נאותה עם חביון מינימלי במהלך הדמיה in vivo.תמונות וסרטונים חיים מוקלטים בפורמטים של BMP ו-AVI, בהתאמה.הנתונים הגולמיים מאוחסנים בפורמט ניהול הנתונים הטכניים (TMDS).
עיבוד לאחר עיבוד של תמונות in vivo לשיפור איכות עם LabVIEW 2021. הדיוק מוגבל בעת שימוש באלגוריתמים לתיקון פאזה במהלך הדמיה in vivo עקב זמן החישוב הארוך הנדרש.נעשה שימוש רק באזורי תמונה מוגבלים ובמספרי דוגמאות.בנוסף, האלגוריתם לא עובד טוב עבור תמונות עם חפצי תנועה או ניגודיות נמוכה ומוביל לשגיאות חישוב פאזה30.מסגרות בודדות עם ניגודיות גבוהה וללא חפצי תנועה נבחרו ידנית לכוונון עדין פאזה עם טווח סריקת פאזה של ±0.75° בצעדים של 0.01°.נעשה שימוש בכל שטח התמונה (למשל, 1 Msample של תמונה שהוקלטה ב-10 הרץ).טבלה S2 מפרטת את פרמטרי התמונה המשמשים לעיבוד בזמן אמת ולאחר מכן.לאחר תיקון פאזה, נעשה שימוש במסנן חציוני להפחתת רעשי התמונה.הבהירות והניגודיות משופרים עוד יותר על ידי מתיחת היסטוגרמה ותיקון גמא31.
הניסויים הקליניים אושרו על ידי המועצה לביקורת מוסדות רפואיים של מישיגן ונערכו במחלקה לפרוצדורות רפואיות.מחקר זה רשום באופן מקוון ב-ClinicalTrials.gov (NCT03220711, תאריך רישום: 18/07/2017).קריטריוני ההכללה כללו חולים (בני 18 עד 100 שנים) עם קולונוסקופיה אלקטיבית שתוכננה בעבר, סיכון מוגבר לסרטן המעי הגס והיסטוריה של מחלות מעי דלקתיות.התקבלה הסכמה מדעת מכל נבדק שהסכים להשתתף.קריטריוני ההדרה היו מטופלות שהיו בהריון, עם רגישות יתר ידועה לפלואורסין, או שעברו טיפול כימותרפי פעיל או הקרנות.מחקר זה כלל מטופלים רצופים שתוזמנו לקולונוסקופיה שגרתית והיה מייצג את אוכלוסיית המרכז הרפואי של מישיגן.המחקר נערך בהתאם להצהרת הלסינקי.
לפני הניתוח, כייל את האנדוסקופ באמצעות חרוזי פלורסנט בגודל 10 מיקרומטר (#F8836, Thermo Fisher Scientific) המורכבים בתבניות סיליקון.איטום סיליקון שקוף (#RTV108, Momentive) נשפך לתוך תבנית פלסטיק מודפסת בתלת מימד בגודל 8 ס"מ3.זרוק את חרוזי הפלורסנט של המים על הסיליקון והשאירו עד שהמדיום יתייבש.
המעי הגס כולו נבדק באמצעות קולונוסקופ רפואי סטנדרטי (Olympus, CF-HQ190L) עם תאורת אור לבן.לאחר שהאנדוסקופיסט קבע את אזור המחלה לכאורה, האזור נשטף עם 5-10 מ"ל של חומצה אצטית 5%, ולאחר מכן עם מים סטריליים כדי להסיר ריר ופסולת.מינון של 5 מ"ל של 5 מ"ג/מ"ל פלואורססאין (Alcon, Fluorescite) הוזרק לווריד או רוססה מקומית על הרירית באמצעות צינורית רגילה (M00530860, Boston Scientific) שהועברה דרך ערוץ העבודה.
השתמש במשטף כדי לשטוף עודפי צבע או פסולת ממשטח הרירית.הסר את צנתר הנבול והעביר את האנדוסקופ דרך ערוץ העבודה כדי לקבל תמונות לפני המוות.השתמש בהנחיה אנדוסקופית רחבת שדה כדי למקם את הקצה הדיסטלי באזור המטרה. הזמן הכולל ששימש לאיסוף תמונות קונפוקאליות היה <10 דקות. הזמן הכולל ששימש לאיסוף תמונות קונפוקאליות היה <10 דקות. Общее время, затраченное на сбор конфокальных изображений, составило <10 דקות. הזמן הכולל שלוקח לאסוף תמונות קונפוקאליות היה <10 דקות.זמן הרכישה הכולל של תמונות קונפוקאליות היה פחות מ-10 דקות.וידאו אור לבן אנדוסקופי עובד באמצעות מערכת ההדמיה Olympus EVIS EXERA III (CLV-190) והוקלט באמצעות מקליט וידאו HD של Elgato.השתמש ב- LabVIEW 2021 כדי להקליט ולשמור סרטוני אנדוסקופיה.לאחר השלמת ההדמיה, האנדוסקופ מוסר והרקמה המיועדת להדמיה נכרתת באמצעות מלקחיים ביופסיה או מלכודת. הרקמות עובדו להיסטולוגיה שגרתית (H&E), והוערכו על ידי פתולוג GI מומחה (HDA). הרקמות עובדו להיסטולוגיה שגרתית (H&E), והוערכו על ידי פתולוג GI מומחה (HDA). Ткани были обработаны для обычной гистологии (H&E) и оценены экспертом-патологом желудочно-кишечного (הדרכת). הרקמות עובדו להיסטולוגיה שגרתית (H&E) והוערכו על ידי פתולוג מומחה לעיכול (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) и оценены экспертом-патологом желудочно-кишечного (הדרכת). הרקמות עובדו להיסטולוגיה שגרתית (H&E) והוערכו על ידי פתולוג מומחה לעיכול (HDA).המאפיינים הספקטרליים של פלואורססאין אושרו באמצעות ספקטרומטר (USB2000+, אופטיקה אוקיינוס) כפי שמוצג באיור S2.
אנדוסקופים מעוקרים לאחר כל שימוש על ידי בני אדם (איור 8).הליכי הניקוי בוצעו בהנחיה ובאישור המחלקה לבקרת זיהומים ואפידמיולוגיה של המרכז הרפואי של מישיגן והיחידה המרכזית לעיבוד סטרילי. לפני המחקר, המכשירים נבדקו ואומתו לעיקור על ידי Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), גוף מסחרי המספק שירותי מניעת זיהומים ואימות עיקור. לפני המחקר, המכשירים נבדקו ואומתו לעיקור על ידי Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), גוף מסחרי המספק שירותי מניעת זיהומים ואימות עיקור. Перед исследованием инструменты были протестированы и одобрены для стерилизации компание Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), компание авляющей услуги по профилактике инфекций и проверке стерилизации. לפני המחקר, מכשירים נבדקו ואושרו לעיקור על ידי Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), ארגון מסחרי המספק שירותי מניעת זיהומים ואימות עיקור. Перед исследованием инструменты были стерилизованы и проверены מוצרי סטריליזציה מתקדמים (ASP, Johnson & Johnson) рофилактике инфекций и проверке стерилизации. המכשירים עוקרו ונבדקו לפני מחקר על ידי Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), ארגון מסחרי המספק שירותי מניעת זיהומים ואימות עיקור.
מיחזור כלים.(א) אנדוסקופים מונחים במגשים לאחר כל עיקור באמצעות תהליך עיבוד STERRAD.(ב) ה-SMF והחוטים מסתיימים עם מחברי סיבים אופטיים וחשמליים, בהתאמה, אשר סגורים לפני העיבוד מחדש.
נקה את האנדוסקופים על ידי ביצוע הפעולות הבאות: (1) נגב את האנדוסקופ עם מטלית נטולת מוך ספוגה בחומר ניקוי אנזימטי מהפרוקסימלי לדיסטאלי;(2) טבלו את המכשיר בתמיסת חומר הניקוי האנזימטי למשך 3 דקות עם מים.בד נטול מוך.מחברי חשמל וסיבים אופטיים מכוסים ומוסרים מהפתרון;(3) האנדוסקופ עטוף ומניח במגש המכשיר לצורך עיקור באמצעות STERRAD 100NX, פלזמת גז מי חמצן.טמפרטורה נמוכה יחסית וסביבת לחות נמוכה.
מערכי הנתונים ששימשו ו/או נותחו במחקר הנוכחי זמינים מהמחברים המתאימים לפי בקשה סבירה.
Pilonis, ND, Januszewicz, W. & di Pietro, M. Confocal לייזר אנדומיקרוסקופיה באנדוסקופיה של מערכת העיכול: היבטים טכניים ויישומים קליניים. Pilonis, ND, Januszewicz, W. & di Pietro, M. Confocal לייזר אנדומיקרוסקופיה באנדוסקופיה של מערכת העיכול: היבטים טכניים ויישומים קליניים.Pilonis, ND, Januszewicz, V. i di Pietro, M. Confocal לייזר אנדומיקרוסקופיה באנדוסקופיה של מערכת העיכול: היבטים טכניים ויישום קליני. Pilonis, ND, Januszewicz, W. & di Pietro, M. Pilonis, ND, Januszewicz, W. & di Pietro, M. 共载肠分别在在在共公司设计在在机机：היבטים טכניים ויישומים קליניים.Pilonis, ND, Januszewicz, V. i di Pietro, M. Confocal לייזר אנדוסקופיה באנדוסקופיה של מערכת העיכול: היבטים טכניים ויישומים קליניים.תרגום הפרין במערכת העיכול.7, 7 (2022).
אל-מנצור, MR et al.ניתוח בטיחות ויעילות של SAGES TAVAC אנדומיקרוסקופיה בלייזר קונפוקלית.מבצע.אנדוסקופיה 35, 2091–2103 (2021).
Fugazza, A. et al.אנדוסקופית לייזר קונפוקלית במחלות מערכת העיכול והלבלב: סקירה שיטתית ומטה-אנליזה.מדע ביו - רפואי.מיכל אחסון.פנימי 2016, 4638683 (2016).