Ďakujeme, že ste navštívili Nature.com.Používate verziu prehliadača s obmedzenou podporou CSS.Pre najlepší zážitok vám odporúčame použiť aktualizovaný prehliadač (alebo vypnúť režim kompatibility v programe Internet Explorer).Okrem toho, aby sme zabezpečili nepretržitú podporu, zobrazujeme stránku bez štýlov a JavaScriptu.
Zobrazuje karusel troch snímok naraz.Pomocou tlačidiel Predchádzajúci a Ďalší sa môžete pohybovať po troch snímkach naraz alebo pomocou posúvacích tlačidiel na konci môžete prechádzať tromi snímkami naraz.
Konfokálna laserová endoskopia je nová metóda optickej biopsie v reálnom čase.Fluorescenčné snímky histologickej kvality je možné získať okamžite z epitelu dutých orgánov.V súčasnosti sa skenovanie vykonáva proximálne pomocou nástrojov založených na sonde, ktoré sa bežne používajú v klinickej praxi, s obmedzenou flexibilitou pri kontrole zaostrenia.Demonštrujeme použitie parametrického rezonančného skenera namontovaného na distálnom konci endoskopu na vykonávanie vysokorýchlostnej laterálnej odchýlky.Do stredu reflektora bol vyrytý otvor na zvinutie dráhy svetla.Tento dizajn znižuje veľkosť nástroja na priemer 2,4 mm a dĺžku 10 mm, čo umožňuje jeho prechod dopredu cez pracovný kanál štandardných lekárskych endoskopov.Kompaktný objektív poskytuje bočné a axiálne rozlíšenie 1,1 a 13,6 µm.Pracovná vzdialenosť 0 µm a zorné pole 250 µm × 250 µm sa dosahuje pri snímkovej frekvencii do 20 Hz.Excitácia pri 488 nm excituje fluoresceín, farbivo schválené FDA pre vysoký kontrast tkaniva.Endoskopy boli repasované počas 18 cyklov bez zlyhania pomocou klinicky schválených sterilizačných metód.Fluorescenčné snímky boli získané z normálnej sliznice hrubého čreva, tubulárnych adenómov, hyperplastických polypov, ulceróznej kolitídy a Crohnovej kolitídy počas rutinnej kolonoskopie.Môžu byť identifikované jednotlivé bunky, vrátane kolonocytov, pohárikovitých buniek a zápalových buniek.Môžu sa rozlíšiť slizničné znaky, ako sú štruktúry krýpt, dutiny krýpt a lamina propria.Prístroj možno použiť ako doplnok ku konvenčnej endoskopii.
Konfokálna laserová endoskopia je nová zobrazovacia metóda vyvíjaná na klinické použitie ako doplnok k rutinnej endoskopii1,2,3.Tieto flexibilné nástroje s optickými vláknami možno použiť na detekciu chorôb v epiteliálnych bunkách, ktoré vystielajú duté orgány, ako je hrubé črevo.Táto tenká vrstva tkaniva je vysoko metabolicky aktívna a je zdrojom mnohých chorobných procesov, ako je rakovina, infekcia a zápal.Endoskopia môže dosiahnuť subcelulárne rozlíšenie a poskytuje in vivo snímky takmer histologickej kvality v reálnom čase, ktoré pomáhajú lekárom pri klinickom rozhodovaní.Fyzická biopsia tkaniva nesie riziko krvácania a perforácie.Často sa odoberá príliš veľa alebo príliš málo bioptických vzoriek.Každá odobratá vzorka zvyšuje náklady na operáciu.Trvá niekoľko dní, kým vzorku vyhodnotí patológ.Počas dní čakania na výsledky patológie pacienti často pociťujú úzkosť.Na rozdiel od toho iné klinické zobrazovacie modality, ako je MRI, CT, PET, SPECT a ultrazvuk, nemajú priestorové rozlíšenie a časovú rýchlosť potrebnú na vizualizáciu epiteliálnych procesov in vivo so subcelulárnym rozlíšením v reálnom čase.
Prístroj na báze sondy (Cellvizio) sa v súčasnosti bežne používa na klinikách na vykonávanie „optickej biopsie“.Dizajn je založený na priestorovo koherentnom zväzku optických vlákien4, ktorý zhromažďuje a prenáša fluorescenčné obrazy.Jednovláknové jadro funguje ako „diera“ na priestorovú filtráciu rozostreného svetla pre subcelulárne rozlíšenie.Skenovanie sa vykonáva proximálne pomocou veľkého, objemného galvanometra.Toto ustanovenie obmedzuje schopnosť nástroja na kontrolu zaostrenia.Správne určenie štádia včasného epitelového karcinómu vyžaduje vizualizáciu pod povrchom tkaniva na posúdenie invázie a určenie vhodnej terapie.Fluoresceín, kontrastná látka schválená FDA, sa podáva intravenózne na zvýraznenie štruktúrnych znakov epitelu. Tieto endomikroskopy majú rozmery < 2,4 mm v priemere a možno ich ľahko preniesť dopredu cez bioptický kanál štandardných lekárskych endoskopov. Tieto endomikroskopy majú rozmery < 2,4 mm v priemere a možno ich ľahko preniesť dopredu cez bioptický kanál štandardných lekárskych endoskopov. Эти эндомикроскопы имеют размеры <2,4 мм в диаметре a могут быть легйнепроверы канал стандартных медицинских эndoskopov. Tieto endomikroskopy majú priemer < 2,4 mm a dajú sa ľahko prejsť cez bioptický kanál štandardných lekárskych endoskopov.Tieto boroskopy majú priemer menší ako 2,4 mm a ľahko prechádzajú bioptickým kanálom štandardných lekárskych boroskopov.Táto flexibilita umožňuje široké spektrum klinických aplikácií a je nezávislá od výrobcov endoskopov.Pomocou tohto zobrazovacieho zariadenia sa uskutočnilo množstvo klinických štúdií, vrátane včasnej detekcie rakoviny pažeráka, žalúdka, hrubého čreva a ústnej dutiny.Boli vyvinuté zobrazovacie protokoly a bola stanovená bezpečnosť postupu.
Mikroelektromechanické systémy (MEMS) sú výkonnou technológiou na navrhovanie a výrobu malých skenovacích mechanizmov používaných na distálnom konci endoskopov.Táto poloha (vzhľadom na proximálnu) umožňuje väčšiu flexibilitu pri ovládaní polohy zaostrenia5,6.Okrem laterálneho vychýlenia môže distálny mechanizmus vykonávať aj axiálne skenovanie, postobjektívne skenovanie a skenovanie s náhodným prístupom.Tieto schopnosti umožňujú komplexnejšie skúmanie epiteliálnych buniek vrátane zobrazovania vertikálneho prierezu7, skenovania s veľkým zorným poľom (FOV)8 bez aberácií a zlepšený výkon v používateľsky definovaných podregiónoch9.MEMS rieši vážny problém balenia skenovacieho jadra s obmedzeným priestorom dostupným na vzdialenom konci prístroja.V porovnaní s objemnými galvanometrami poskytujú MEMS vynikajúci výkon pri malej veľkosti, vysokej rýchlosti a nízkej spotrebe energie.Jednoduchý výrobný proces je možné rozšíriť na hromadnú výrobu s nízkymi nákladmi.Mnoho návrhov MEMS bolo predtým hlásených10, 11, 12.Žiadna z technológií ešte nebola dostatočne vyvinutá, aby umožnila široké klinické využitie zobrazovania in vivo v reálnom čase cez pracovný kanál lekárskeho endoskopu.Tu sa snažíme demonštrovať použitie MEMS skenera na distálnom konci endoskopu na in vivo získavanie ľudského obrazu počas rutinnej klinickej endoskopie.
Nástroj s optickými vláknami bol vyvinutý pomocou MEMS skenera na distálnom konci na zber fluorescenčných obrazov in vivo v reálnom čase s podobnými histologickými charakteristikami.Jednovidové vlákno (SMF) je uzavreté vo flexibilnej polymérovej trubici a excitované pri λex = 488 nm.Táto konfigurácia skracuje dĺžku distálneho hrotu a umožňuje jeho prechod dopredu cez pracovný kanál štandardných lekárskych endoskopov.Pomocou hrotu vycentrujte optiku.Tieto šošovky sú navrhnuté tak, aby dosahovali takmer difrakčné axiálne rozlíšenie s numerickou apertúrou (NA) = 0,41 a pracovnou vzdialenosťou = 0 µm13.Na presné vyrovnanie optiky 14 sa vyrábajú presné podložky. Skener je zabalený v endoskope s pevným distálnym hrotom s priemerom 2,4 mm a dĺžkou 10 mm (obr. 1a).Tieto rozmery umožňujú jeho využitie v klinickej praxi ako príslušenstvo pri endoskopii (obr. 1b).Maximálny výkon lasera dopadajúceho na tkanivo bol 2 mW.
Konfokálna laserová endoskopia (CLE) a MEMS skenery.Fotografia zobrazujúca (a) zabalený nástroj s rozmermi pevného distálneho hrotu s priemerom 2,4 mm a dĺžkou 10 mm a (b) priamy prechod cez pracovný kanál štandardného lekárskeho endoskopu (Olympus CF-HQ190L).c) Pohľad spredu na skener zobrazujúci reflektor s centrálnym otvorom 50 µm, cez ktorý prechádza budiaci lúč.Skener je namontovaný na kardanovom závese poháňanom sadou kvadratúrnych hrebeňových pohonov.Rezonančná frekvencia zariadenia je určená veľkosťou torznej pružiny.(d) Bočný pohľad na skener zobrazujúci skener namontovaný na stojane s drôtmi pripojenými k elektródovým kotvám, ktoré poskytujú spojovacie body pre signály pohonu a napájania.
Skenovací mechanizmus pozostáva z reflektora namontovaného na kardanovom závese poháňaného súpravou kvadratúrnych ovládačov poháňaných hrebeňom na vychyľovanie lúča do strany (rovina XY) v Lissajousovom vzore (obr. 1c).V strede bol vyleptaný otvor s priemerom 50 um, cez ktorý prechádzal excitačný lúč.Skener je poháňaný na rezonančnej frekvencii konštrukcie, ktorú je možné doladiť zmenou rozmerov torznej pružiny.Na obvode zariadenia boli vyryté kotvy elektród, aby sa zabezpečili spojovacie body pre napájacie a riadiace signály (obr. 1d).
Zobrazovací systém je namontovaný na prenosnom vozíku, ktorý možno zrolovať do operačnej sály.Grafické používateľské rozhranie bolo navrhnuté tak, aby podporovalo používateľov s minimálnymi technickými znalosťami, ako sú lekári a zdravotné sestry.Manuálne skontrolujte frekvenciu pohonu skenera, režim lúča a FOV obrazu.
Celková dĺžka endoskopu je približne 4 m, aby umožnila plný prechod nástrojov cez pracovný kanál štandardného lekárskeho endoskopu (1,68 m) s dodatočnou dĺžkou pre manévrovateľnosť.Na proximálnom konci endoskopu sú SMF a vodiče zakončené konektormi, ktoré sa pripájajú k optickým a káblovým portom základnej stanice.Inštalácia obsahuje laser, filtračnú jednotku, vysokonapäťový zosilňovač a detektor fotonásobiča (PMT).Zosilňovač dodáva napájacie a riadiace signály skeneru.Jednotka optického filtra spája laserovú excitáciu s SMF a odovzdáva fluorescenciu do PMT.
Endoskopy sú repasované po každom klinickom zákroku pomocou sterilizačného procesu STERRAD a vydržia až 18 cyklov bez zlyhania.V prípade roztoku OPA neboli pozorované žiadne známky poškodenia po viac ako 10 dezinfekčných cykloch.Výsledky OPA prekonali výsledky STERRAD, čo naznačuje, že životnosť endoskopov by sa mohla predĺžiť skôr dezinfekciou na vysokej úrovni ako opätovnou sterilizáciou.
Rozlíšenie obrazu sa určilo z funkcie bodového šírenia pomocou fluorescenčných guľôčok s priemerom 0,1 μm.Pre laterálne a axiálne rozlíšenie bola nameraná plná šírka v polovici maxima (FWHM) 1,1 a 13,6 um (obr. 2a, b).
Možnosti obrázka.Bočné (a) a axiálne (b) rozlíšenie zaostrovacej optiky je charakterizované funkciou bodového šírenia (PSF) meranou pomocou fluorescenčných mikroguľôčok s priemerom 0,1 μm.Nameraná plná šírka pri polovičnom maxime (FWHM) bola 1,1 a 13,6 um.Vložka: Sú zobrazené rozšírené pohľady na jednu mikroguľôčku v priečnom (XY) a axiálnom (XZ) smere.(c) Fluorescenčný obraz získaný zo štandardného (USAF 1951) cieľového prúžku (červený ovál), ktorý ukazuje, že skupiny 7-6 možno jasne rozlíšiť.(d) Obraz rozptýlených fluorescenčných mikroguľôčok s priemerom 10 um, ktorý ukazuje zorné pole obrazu 250 um x 250 um.PSF v (a, b) boli vytvorené pomocou MATLAB R2019a (https://www.mathworks.com/).(c, d) Fluorescenčné obrázky boli zozbierané pomocou LabVIEW 2021 (https://www.ni.com/).
Fluorescenčné obrazy zo šošoviek so štandardným rozlíšením jasne rozlišujú sadu stĺpcov v skupinách 7-6, čo zachováva vysoké laterálne rozlíšenie (obr. 2c).Zorné pole (FOV) 250 µm × 250 µm sa určilo zo snímok fluorescenčných guľôčok s priemerom 10 µm rozptýlených na krycích sklíčkach (obr. 2d).
V klinickom zobrazovacom systéme je implementovaná automatizovaná metóda na kontrolu zosilnenia PMT a fázovú korekciu na zníženie pohybových artefaktov z endoskopov, peristaltiky hrubého čreva a dýchania pacienta.Algoritmy rekonštrukcie a spracovania obrazu boli opísané skôr14,15.Zosilnenie PMT je riadené proporcionálne integrálnym (PI) regulátorom, aby sa zabránilo saturácii intenzity16.Systém načíta maximálnu intenzitu pixelov pre každý snímok, vypočíta proporcionálne a integrálne odozvy a určí hodnoty zosilnenia PMT, aby sa zabezpečilo, že intenzita pixelov je v povolenom rozsahu.
Počas zobrazovania in vivo môže fázový nesúlad medzi pohybom skenera a riadiacim signálom spôsobiť rozmazanie obrazu.Takéto účinky sa môžu vyskytnúť v dôsledku zmien teploty zariadenia vo vnútri ľudského tela.Obrázky bieleho svetla ukázali, že endoskop bol v kontakte s normálnou sliznicou hrubého čreva in vivo (obrázok 3a).Na nespracovaných snímkach normálnej sliznice hrubého čreva je možné vidieť rozmazanie nesprávne zarovnaných pixelov (obrázok 3b).Po ošetrení správnou fázou a nastavením kontrastu bolo možné rozlíšiť subcelulárne znaky sliznice (obr. 3c).Pre ďalšie informácie sú surové konfokálne obrazy a spracované obrazy v reálnom čase uvedené na obr. S1 a parametre rekonštrukcie obrazu používané na spracovanie v reálnom čase a následné spracovanie sú uvedené v tabuľke S1 a tabuľke S2.
Spracovanie obrazu.( a ) Širokoúhlý endoskopický obraz zobrazujúci endoskop (E) umiestnený v kontakte s normálnou (N) sliznicou hrubého čreva na zber fluorescenčných obrazov in vivo po podaní fluoresceínu.(b) Pohyb v osiach X a Y počas skenovania môže spôsobiť rozmazanie nesprávne zarovnaných pixelov.Na demonštračné účely sa na pôvodný obrázok aplikuje veľký fázový posun.(c) Po korekcii fázy po spracovaní je možné posúdiť detaily sliznice vrátane štruktúr krýpt (šípky) s centrálnym lúmenom (l) obklopeným lamina propria (lp).Možno rozlíšiť jednotlivé bunky, vrátane kolonocytov (c), pohárikovitých buniek (g) a zápalových buniek (šípky).Pozrite si ďalšie video 1. (b, c) Obrázky spracované pomocou LabVIEW 2021.
Konfokálne fluorescenčné obrazy boli získané in vivo pri niekoľkých ochoreniach hrubého čreva, aby sa demonštrovala široká klinická použiteľnosť nástroja.Širokouhlé zobrazovanie sa najskôr vykonáva pomocou bieleho svetla na detekciu značne abnormálnej sliznice.Endoskop sa potom posúva cez pracovný kanál kolonoskopu a privádza sa do kontaktu so sliznicou.
Pre neopláziu hrubého čreva, vrátane tubulárneho adenómu a hyperplastického polypu, sú zobrazené širokouhlé endoskopické snímky, konfokálna endomikroskopia a histologické (H&E) snímky. Pre neopláziu hrubého čreva, vrátane tubulárneho adenómu a hyperplastického polypu, sú zobrazené širokouhlé endoskopické snímky, konfokálna endomikroskopia a histologické (H&E) snímky. Широкопольная эндоскопия, конфокальная эндомикроскопия и гистологическия (H&E) для неоплазии толстой кишки, включая тубулярную аденому и гиперпластический. Endoskopia hrubého čreva, konfokálna endomikroskopia a histologické (H&E) zobrazovanie sú indikované pre neopláziu hrubého čreva, vrátane tubulárneho adenómu a hyperplastického polypu.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、共蜾怣倁共蜾怣倁共蜾怣倁共蜾怣倁共蜾怣倁共蜾怣焦奟楾检组织学(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娕咕别兾娕啾别娾娾光别Obrázok 果学(H&E). Широкопольная эндоскопия, конфокальная микроэндоскопия и гистологическио, разобенеские, ающие опухоли толстой кишки, включая тубулярные аденомы и гиперпластические пыпы. Široká endoskopia, konfokálna mikroendoskopia a histologické (H&E) snímky zobrazujúce nádory hrubého čreva vrátane tubulárnych adenómov a hyperplastických polypov.Tubulárne adenómy vykazovali stratu normálnej architektúry krýpt, zmenšenie veľkosti pohárikovitých buniek, deformáciu lumenu krýpt a zhrubnutie lamina propria (obr. 4a-c).Hyperplastické polypy vykazovali hviezdicovú architektúru krýpt, málo pohárikovitých buniek, štrbinovitý lúmen krýpt a nepravidelné lamelárne krypty (obr. 4d-f).
Obrázok slizničnej hrubej kože in vivo. Reprezentatívne snímky endoskopie v bielom svetle, konfokálneho endomikroskopu a histológie (H&E) sú zobrazené pre (ac) adenóm, (df) hyperplastický polyp, (gi) ulceróznu kolitídu a (jl) Crohnovu kolitídu. Reprezentatívne snímky endoskopie v bielom svetle, konfokálneho endomikroskopu a histológie (H&E) sú zobrazené pre (ac) adenóm, (df) hyperplastický polyp, (gi) ulceróznu kolitídu a (jl) Crohnovu kolitídu. Типичные изображения эндоскопии в белом свете, конфокального эндомикроскопио ы для (ac) аденомы, (df) гиперпластического полипа, (gi) язвенного колита и (jl) колина . Typické snímky z endoskopie bieleho svetla, konfokálneho endomikroskopu a histológie (H&E) sú zobrazené pre (ac) adenóm, (df) hyperplastický polyp, (gi) ulceróznu kolitídu a (jl) Crohnovu kolitídu.显示了(ac) 腺瘤、(df) 增生性息肉、(gi) 溃疡性结肠炎和(jl) 克罗恩绡註傥义慣结訂炎慆註傥䂎息肉、(gi)检查、共聚焦内窥镜检查和组织学( H&E) 图像. Zobrazuje sa (ac) 躰真、(df) 增生性息肉、(gi) 苏盖性红肠炎和(jl) 克罗恩红肠炉恉红肠炅悀肀肧だ炎傀肧堂う共公司内肠肠炎性和电视学(H&E ) obrázok. Представлены репрезентативные эндоскопия в белом свете, конфокальная эндоскиопия мы, (df) гиперпластического полипоза, (gi) язвенного колита и (jl) колита Крона (H&E). Sú znázornené reprezentatívne endoskopia bieleho svetla, konfokálna endoskopia a histológia (ac) adenómu, (df) hyperplastickej polypózy, (gi) ulceróznej kolitídy a (jl) Crohnovej kolitídy (H&E).(B) ukazuje konfokálny obraz získaný in vivo z tubulárneho adenómu (TA) pomocou endoskopu (E).Táto prekancerózna lézia ukazuje stratu normálnej architektúry krypty (šípka), deformáciu lumenu krypty (l) a zhlukovanie lamina propria krypty (lp).Možno identifikovať aj kolonocyty (c), pohárikové bunky (g) a zápalové bunky (šípky).Smt.Doplnkové video 2. (e) ukazuje konfokálny obraz získaný z hyperplastického polypu (HP) in vivo.Táto benígna lézia demonštruje hviezdicovú architektúru krypty (šípka), štrbinový lúmen krypty (l) a nepravidelne tvarovanú lamina propria (lp).Možno identifikovať aj kolonocyty (c), niekoľko pohárikovitých buniek (g) a zápalové bunky (šípky).Smt.Doplnkové video 3. (h) ukazuje konfokálne obrazy získané pri ulceróznej kolitíde (UC) in vivo.Tento zápalový stav vykazuje zdeformovanú architektúru krýpt (šípka) a výrazné pohárikové bunky (g).Perie fluoresceínu (f) je vytlačené z epitelových buniek, čo odráža zvýšenú vaskulárnu permeabilitu.V lamina propria (lp) sú viditeľné početné zápalové bunky (šípky).Smt.Doplnkové video 4. (k) ukazuje konfokálny obraz získaný in vivo z oblasti Crohnovej kolitídy (CC).Tento zápalový stav vykazuje zdeformovanú architektúru krýpt (šípka) a výrazné pohárikové bunky (g).Perie fluoresceínu (f) je vytlačené z epitelových buniek, čo odráža zvýšenú vaskulárnu permeabilitu.V lamina propria (lp) sú viditeľné početné zápalové bunky (šípky).Smt.Doplnkové video 5. (b, d, h, l) Obrázky spracované pomocou LabVIEW 2021.
Je zobrazený podobný súbor obrázkov zápalu hrubého čreva, vrátane ulceróznej kolitídy (UC) (obrázok 4g-i) a Crohnovej kolitídy (obrázok 4j-l).Predpokladá sa, že zápalová odpoveď je charakterizovaná zdeformovanými štruktúrami krýpt s vyčnievajúcimi pohárikovitými bunkami.Fluoresceín sa vytláča z epiteliálnych buniek, čo odráža zvýšenú vaskulárnu permeabilitu.V lamina propria je možné vidieť veľké množstvo zápalových buniek.
Ukázali sme klinickú aplikáciu flexibilného konfokálneho laserového endoskopu spojeného s vláknami, ktorý využíva distálne umiestnený MEMS skener na in vivo získavanie obrazu.Pri rezonančnej frekvencii je možné dosiahnuť snímkovú frekvenciu až 20 Hz pomocou režimu skenovania Lissajous s vysokou hustotou na zníženie pohybových artefaktov.Optická dráha je zložená tak, aby poskytovala rozšírenie lúča a numerickú apertúru dostatočnú na dosiahnutie laterálneho rozlíšenia 1,1 um.Fluorescenčné obrazy histologickej kvality sa získali počas rutinnej kolonoskopie normálnej sliznice hrubého čreva, tubulárnych adenómov, hyperplastických polypov, ulceróznej kolitídy a Crohnovej kolitídy.Môžu byť identifikované jednotlivé bunky, vrátane kolonocytov, pohárikovitých buniek a zápalových buniek.Môžu sa rozlíšiť slizničné znaky, ako sú štruktúry krýpt, dutiny krýpt a lamina propria.Presný hardvér je mikroopracovaný, aby sa zabezpečilo presné zarovnanie jednotlivých optických a mechanických komponentov v rámci nástroja s priemerom 2,4 mm a dĺžkou 10 mm.Optická konštrukcia dostatočne skracuje dĺžku pevného distálneho hrotu, aby umožnila priamy prechod cez pracovný kanál štandardnej veľkosti (priemer 3,2 mm) v lekárskych endoskopoch.Preto bez ohľadu na výrobcu môže byť zariadenie široko používané lekármi v mieste bydliska.Excitácia sa uskutočnila pri λex = 488 nm na excitáciu fluoresceínu, farbiva schváleného FDA, aby sa získal vysoký kontrast.Prístroj bol bez problémov repasovaný počas 18 cyklov s použitím klinicky akceptovaných sterilizačných metód.
Dva ďalšie dizajny nástrojov boli klinicky overené.Cellvizio (Mauna Kea Technologies) je konfokálny laserový endoskop (pCLE) založený na sonde, ktorý využíva zväzok multimódových koherentných káblov z optických vlákien na zhromažďovanie a prenos fluorescenčných obrazov1.Galvo zrkadlo umiestnené na základnej stanici vykonáva laterálne skenovanie na proximálnom konci.Optické rezy sa zhromažďujú v horizontálnej (XY) rovine s hĺbkou 0 až 70 µm.Súpravy mikrosond sú dostupné od 0,91 (ihla 19 G) do priemeru 5 mm.Dosiahlo sa laterálne rozlíšenie 1 až 3,5 um.Snímky sa zbierali pri snímkovej frekvencii 9 až 12 Hz s jednorozmerným zorným poľom od 240 do 600 um.Platforma sa klinicky používa v rôznych oblastiach vrátane žlčovodu, močového mechúra, hrubého čreva, pažeráka, pľúc a pankreasu.Optiscan Pty Ltd vyvinul konfokálny laserový endoskop (eCLE) na báze endoskopu so skenovacím motorom zabudovaným do zavádzacej trubice (distálny koniec) profesionálneho endoskopu (EC-3870K, Pentax Precision Instruments) 17 .Optická sekcia sa uskutočnila pomocou jednovidového vlákna a bočné skenovanie sa uskutočnilo pomocou konzolového mechanizmu cez rezonančnú ladičku.Na vytvorenie axiálneho posunu sa používa aktuátor zo zliatiny s pamäťou tvaru (Nitinol).Celkový priemer konfokálneho modulu je 5 mm.Na zaostrovanie sa používa objektív GRIN s numerickou apertúrou NA = 0,6.Horizontálne obrazy boli získané s laterálnym a axiálnym rozlíšením 0, 7 a 7 μm, v tomto poradí, pri snímkovej frekvencii 0, 8 – 1, 6 Hz a zornom poli 500 μm × 500 μm.
Demonštrujeme subcelulárne rozlíšenie in vivo získavanie fluorescenčného zobrazovania z ľudského tela pomocou lekárskeho endoskopu s použitím skenera MEMS na distálnom konci.Fluorescencia poskytuje vysoký kontrast obrazu a ligandy, ktoré sa viažu na ciele bunkového povrchu, môžu byť označené fluorofórmi, aby sa zabezpečila molekulárna identita pre lepšiu diagnostiku ochorenia18.Vyvíjajú sa aj ďalšie optické techniky pre in vivo mikroendoskopiu. OCT využíva krátku koherenčnú dĺžku zo širokopásmového svetelného zdroja na zhromažďovanie obrázkov vo vertikálnej rovine s hĺbkami > 1 mm19. OCT využíva krátku koherenčnú dĺžku zo širokopásmového svetelného zdroja na zhromažďovanie obrázkov vo vertikálnej rovine s hĺbkami > 1 mm19. ОКТ использует короткую длину когерентности широкополосного источника света долевирсве кальной плоскости с глубиной >1 мм19. OCT využíva krátku koherenčnú dĺžku širokopásmového svetelného zdroja na získanie obrázkov vo vertikálnej rovine s hĺbkou > 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 долора сура бине >1 мм19 v вертикальной плоскости. OCT využíva krátku koherenčnú dĺžku širokopásmového svetelného zdroja na získanie obrázkov > 1 mm19 vo vertikálnej rovine.Tento prístup s nízkym kontrastom sa však spolieha na zber spätne rozptýleného svetla a rozlíšenie obrazu je obmedzené škvrnitými artefaktmi.Fotoakustická endoskopia generuje in vivo obrazy založené na rýchlej termoelastickej expanzii v tkanive po absorpcii laserového impulzu, ktorý generuje zvukové vlny20. Tento prístup preukázal hĺbku zobrazenia > 1 cm v ľudskom hrubom čreve in vivo na monitorovanie terapie. Tento prístup preukázal hĺbku zobrazenia > 1 cm v ľudskom hrubom čreve in vivo na monitorovanie terapie. Этот подход продемонстрировал глубину визуализации > 1 см в толстой кишке ченоловеловал терапии. Tento prístup preukázal hĺbku zobrazenia > 1 cm v ľudskom hrubom čreve in vivo na monitorovanie terapie.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 кихоне ринга терапии. Tento prístup bol demonštrovaný pri zobrazovacích hĺbkach > 1 cm v ľudskom hrubom čreve in vivo na monitorovanie terapie.Kontrast vytvára hlavne hemoglobín vo vaskulatúre.Multifotónová endoskopia vytvára vysoko kontrastné fluorescenčné obrazy, keď dva alebo viac fotónov NIR naraz zasiahne tkanivové biomolekuly súčasne21. Tento prístup môže dosiahnuť hĺbku zobrazenia > 1 mm s nízkou fototoxicitou. Tento prístup môže dosiahnuť hĺbku zobrazenia > 1 mm s nízkou fototoxicitou. Этот подход может обеспечить глубину изображения > 1 мм с низкой фототоксичн Tento prístup môže poskytnúť hĺbku obrazu > 1 mm s nízkou fototoxicitou.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 фототоксичн Tento prístup môže poskytnúť hĺbku obrazu > 1 mm s nízkou fototoxicitou.Vyžadujú sa pulzy femtosekundového lasera s vysokou intenzitou a táto metóda nebola počas endoskopie klinicky overená.
V tomto prototype skener vykonáva iba bočné vychýlenie, takže optická časť je v horizontálnej (XY) rovine.Zariadenie je schopné pracovať pri vyššej snímkovej frekvencii (20 Hz) ako galvanické zrkadlá (12 Hz) v systéme Cellvizio.Zvýšte snímkovú frekvenciu, aby ste znížili pohybové artefakty, a znížte snímkovú frekvenciu, aby ste zvýšili signál.Na zmiernenie veľkých pohybových artefaktov spôsobených endoskopickým pohybom, respiračným pohybom a črevnou motilitou sú potrebné vysokorýchlostné a automatizované algoritmy.Ukázalo sa, že parametrické rezonančné skenery dosahujú axiálne posuny väčšie ako stovky mikrónov22. Snímky možno zbierať vo vertikálnej rovine (XZ), kolmej na povrch sliznice, aby sa dosiahol rovnaký pohľad ako pri histológii (H&E). Snímky možno zbierať vo vertikálnej rovine (XZ), kolmej na povrch sliznice, aby sa dosiahol rovnaký pohľad ako pri histológii (H&E). Изображения могут быть получены вертикальной плоскости (XZ), перпендикулярновирной оболочки, чтобы обеспечить такое же изображение, как при гистологии (H&E). Snímky je možné snímať vo vertikálnej rovine (XZ) kolmej na povrch sliznice, aby sa dosiahol rovnaký obraz ako pri histológii (H&E).可以在垂直于粘膜表面的垂直平面(XZ) 中收集图像，以提供与组织学囸。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 вертикальной плоскости (XZ), перпендикулярновирной оболочки, чтобы обеспечить такое же изображение, как при гистологическод исаинем). Snímky je možné snímať vo vertikálnej rovine (XZ) kolmej na povrch sliznice, aby sa dosiahol rovnaký obraz ako pri histologickom vyšetrení (H&E).Skener je možné umiestniť do post-objektívnej polohy, kde lúč osvetlenia dopadá pozdĺž hlavnej optickej osi, aby sa znížila citlivosť na aberácie8.Takmer difrakčne obmedzené ohniskové objemy sa môžu líšiť v ľubovoľne veľkých zorných poliach.Skenovanie s náhodným prístupom možno vykonať na vychýlenie reflektorov do užívateľom definovaných polôh9.Zorné pole možno zmenšiť, aby sa zvýraznili ľubovoľné oblasti obrazu, čím sa zlepší pomer signálu k šumu, kontrast a snímková frekvencia.Skenery je možné hromadne vyrábať pomocou jednoduchých procesov.Na každej kremíkovej doštičke je možné vyrobiť stovky zariadení, aby sa zvýšila produkcia pre nízkonákladovú hromadnú výrobu a širokú distribúciu.
Zložená dráha svetla zmenšuje veľkosť pevného distálneho hrotu, čo uľahčuje používanie endoskopu ako príslušenstva počas rutinnej kolonoskopie.Na zobrazených fluorescenčných obrázkoch možno vidieť subcelulárne znaky sliznice na rozlíšenie tubulárnych adenómov (prekanceróznych) od hyperplastických polypov (benígnych).Tieto výsledky naznačujú, že endoskopia môže znížiť počet nepotrebných biopsií23.Je možné znížiť všeobecné komplikácie spojené s chirurgickým zákrokom, optimalizovať intervaly monitorovania a minimalizovať histologickú analýzu menších lézií.Ukazujeme tiež in vivo snímky pacientov so zápalovým ochorením čriev, vrátane ulceróznej kolitídy (UC) a Crohnovej kolitídy.Konvenčná kolonoskopia bieleho svetla poskytuje makroskopický pohľad na povrch sliznice s obmedzenou schopnosťou presne posúdiť hojenie sliznice.Endoskopia sa môže použiť in vivo na vyhodnotenie účinnosti biologických terapií, ako sú protilátky anti-TNF24.Presné hodnotenie in vivo môže tiež znížiť alebo zabrániť recidíve ochorenia a komplikáciám, ako je chirurgický zákrok, a zlepšiť kvalitu života.V klinických štúdiách spojených s použitím endoskopov obsahujúcich fluoresceín in vivo neboli hlásené žiadne závažné nežiaduce reakcie25. Výkon lasera na povrchu sliznice bol obmedzený na <2 mW, aby sa minimalizovalo riziko tepelného poškodenia a splnili sa požiadavky FDA na nevýznamné riziko26 na 21 CFR 812. Výkon lasera na povrchu sliznice bol obmedzený na <2 mW, aby sa minimalizovalo riziko tepelného poškodenia a splnili sa požiadavky FDA na nevýznamné riziko26 na 21 CFR 812. „ ждения и соответствовать требованиям fda относительно незчительннннннves риска26 согла 21 CFR 812. Výkon lasera na povrchu sliznice bol obmedzený na <2 mW, aby sa minimalizovalo riziko tepelného poškodenia a splnili sa požiadavky FDA na zanedbateľné riziko26 podľa 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，幇DA满2 褶F.2 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 с.до <2 мВт, чнитой к термического повреждения a соответствовать требованиям FDA 21 CFR 812 относительнина 6 не Výkon lasera na povrchu sliznice bol obmedzený na <2 mW, aby sa minimalizovalo riziko tepelného poškodenia a splnili sa požiadavky FDA 21 CFR 812 na zanedbateľné riziko26.
Dizajn prístroja je možné upraviť, aby sa zlepšila kvalita obrazu.K dispozícii je špeciálna optika na zníženie sférickej aberácie, zlepšenie rozlíšenia obrazu a zvýšenie pracovnej vzdialenosti.SIL možno vyladiť tak, aby lepšie zodpovedal indexu lomu tkaniva (~1,4), aby sa zlepšilo spojenie svetla.Frekvenciu pohonu je možné upraviť tak, aby sa zväčšil bočný uhol skenera a rozšírilo sa zorné pole obrazu.Na zmiernenie tohto efektu môžete použiť automatizované metódy na odstránenie snímok z obrázka s výrazným pohybom.Pole programovateľné hradlové pole (FPGA) s vysokorýchlostným zberom dát sa použije na poskytovanie vysokovýkonnej korekcie na plný rámec v reálnom čase.Pre väčšiu klinickú užitočnosť musia automatizované metódy korigovať fázový posun a pohybové artefakty pre interpretáciu obrazu v reálnom čase.Na zavedenie axiálneho skenovania 22 môže byť implementovaný monolitický 3-osový parametrický rezonančný skener. Tieto zariadenia boli vyvinuté na dosiahnutie bezprecedentného vertikálneho posunu > 400 µm vyladením hnacej frekvencie v režime, ktorý má zmiešanú dynamiku zmäkčovania/stužovania27. Tieto zariadenia boli vyvinuté na dosiahnutie bezprecedentného vertikálneho posunu > 400 µm vyladením hnacej frekvencie v režime, ktorý má zmiešanú dynamiku zmäkčovania/stužovania27. Эти устройства были разработаны для достижения беспрецедентного дертого с! ждения в режиме, который характеризуется смешаной динам динам дения/жесткости27. Tieto zariadenia boli navrhnuté tak, aby dosiahli bezprecedentný vertikálny posun > 400 µm nastavením frekvencie pohonu v režime, ktorý je charakterizovaný zmiešanou mäkkou/tvrdou dynamikou27.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掉送下调掉送下调樕驱剑掊有的>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 状态 下 芶态 下 芶态 下 芶态 下现 的> 400 µm 的 垂直 位 移 27。 Эти устройства были разработаны для достижения беспрецедентных вертикальных 4мйп астройки частоты срабатывания в режиме со смешанной кинетикой размягчея22/зетванер Tieto zariadenia boli navrhnuté tak, aby dosahovali bezprecedentné vertikálne posuny > 400 µm úpravou spúšťacej frekvencie v režime zmiešanej kinetiky zmäkčovania/tvrdnutia27.V budúcnosti môže vertikálne priečne zobrazovanie pomôcť pri stanovení štádia včasnej rakoviny (T1a).Na sledovanie pohybu skenera a korekciu fázového posunu 28 možno implementovať kapacitný snímací obvod.Automatická fázová kalibrácia pomocou obvodu snímača môže nahradiť manuálnu kalibráciu prístroja pred použitím.Spoľahlivosť prístroja je možné zlepšiť použitím spoľahlivejších techník utesňovania prístrojov na zvýšenie počtu cyklov spracovania.Technológia MEMS sľubuje zrýchlenie používania endoskopov na vizualizáciu epitelu dutých orgánov, diagnostiku ochorení a monitorovanie liečby minimálne invazívnym spôsobom.S ďalším vývojom by sa táto nová zobrazovacia modalita mohla stať lacným riešením, ktoré by sa malo použiť ako doplnok k lekárskym endoskopom na okamžité histologické vyšetrenie a prípadne by mohlo nahradiť tradičnú patologickú analýzu.
Simulácie sledovania lúčov boli uskutočnené pomocou softvéru na návrh optiky ZEMAX (verzia 2013) na určenie parametrov zaostrovacej optiky.Kritériá návrhu zahŕňajú takmer difrakčné axiálne rozlíšenie, pracovnú vzdialenosť = 0 µm a zorné pole (FOV) väčšie ako 250 × 250 µm2.Na excitáciu pri vlnovej dĺžke λex = 488 nm sa použilo jednovidové vlákno (SMF).Achromatické dublety sa používajú na zníženie rozptylu fluorescenčnej kolekcie (obrázok 5a).Lúč prechádza cez SMF s priemerom modového poľa 3,5 μm a bez skrátenia prechádza stredom reflektora s priemerom apertúry 50 μm.Na minimalizovanie sférickej aberácie dopadajúceho lúča a zaistenie úplného kontaktu s povrchom sliznice použite tvrdú imerznú (polgulickú) šošovku s vysokým indexom lomu (n = 2,03).Fokusačná optika poskytuje celkovú NA = 0,41, kde NA = nsinα, n je index lomu tkaniva, α je maximálny uhol konvergencie lúča.Bočné a axiálne rozlíšenie obmedzené difrakciou je 0,44 a 6,65 um, v tomto poradí, s použitím NA = 0,41, A = 488 nm a n = 1,3313.Zvažovali sa iba komerčne dostupné šošovky s vonkajším priemerom (OD) ≤ 2 mm.Optická dráha je zložená a lúč opúšťajúci SMF prechádza cez centrálny otvor skenera a odráža sa späť pevným zrkadlom (priemer 0,29 mm).Táto konfigurácia skracuje dĺžku pevného distálneho konca, aby sa uľahčil dopredný prechod endoskopu cez štandardný (priemer 3,2 mm) pracovný kanál lekárskych endoskopov.Táto funkcia uľahčuje použitie ako príslušenstvo počas bežnej endoskopie.
Zložený svetlovod a balenie endoskopu.(a) Budiaci lúč vystupuje z OBC a prechádza cez centrálny otvor skenera.Lúč sa rozširuje a odráža od pevného kruhového zrkadla späť do skenera na bočné vychýlenie.Zaostrovacia optika pozostáva z páru achromatických dvojitých šošoviek a pevnej imerznej (polgulickej) šošovky zabezpečujúcej kontakt s povrchom sliznice.ZEMAX 2013 (https://www.zemax.com/) pre optický dizajn a simuláciu sledovania lúčov.(b) Zobrazuje umiestnenie rôznych komponentov prístroja vrátane jednovidového vlákna (SMF), skenera, zrkadiel a šošoviek.Na 3D modelovanie obalu endoskopu bol použitý Solidworks 2016 (https://www.solidworks.com/).
SMF (#460HP, Thorlabs) s priemerom módového poľa 3,5 µm pri vlnovej dĺžke 488 nm bol použitý ako „diera“ na priestorové filtrovanie rozostreného svetla (obr. 5b).SMF sú uzavreté vo flexibilných polymérových rúrkach (#Pebax 72D, Nordson MEDICAL).Na zabezpečenie dostatočnej vzdialenosti medzi pacientom a zobrazovacím systémom sa používa dĺžka približne 4 metre.Pár 2 mm achromatických dubletových šošoviek potiahnutých MgF2 (#65568, #65567, Edmund Optics) a 2 mm nepotiahnutá hemisférická šošovka (#90858, Edmund Optics) sa použili na zaostrenie lúča a zber fluorescencie.Vložte koncovú trubicu z nehrdzavejúcej ocele (4 mm dlhú, 2,0 mm vonkajší priemer, 1,6 mm vnútorný priemer) medzi živicu a vonkajšiu trubicu, aby ste izolovali vibrácie skenera.Na ochranu prístroja pred telesnými tekutinami a manipuláciou používajte lekárske lepidlá.Na ochranu konektorov použite teplom zmršťovacie hadičky.
Kompaktný skener je vyrobený na princípe parametrickej rezonancie.Vyleptajte 50 µm otvor v strede reflektora, aby ste preniesli budiaci lúč.Pomocou sady kvadratúrnych hrebeňových pohonov je rozšírený lúč vychyľovaný priečne v ortogonálnom smere (rovina XY) v Lissajousovom režime.Doska zberu dát (#DAQ PCI-6115, NI) sa použila na generovanie analógových signálov na ovládanie skenera.Napájanie zabezpečoval vysokonapäťový zosilňovač (#PDm200, PiezoDrive) cez tenké vodiče (#B4421241, MWS Wire Industries).Vykonajte zapojenie na kotve elektródy.Skener pracuje pri frekvenciách blízkych 15 kHz (rýchla os) a 4 kHz (pomalá os), aby sa dosiahlo FOV až 250 µm × 250 µm.Video je možné snímať s frekvenciou 10, 16 alebo 20 Hz.Tieto obnovovacie frekvencie sa používajú na prispôsobenie frekvencie opakovania vzoru Lissajousovho skenovania, ktorá závisí od hodnoty X a Y excitačných frekvencií skenera29.Podrobnosti o kompromisoch medzi snímkovou frekvenciou, rozlíšením pixelov a hustotou vzoru skenovania sú uvedené v našej predchádzajúcej práci14.
Pevný laser (#OBIS 488 LS, koherentný) poskytuje λex = 488 nm na excitáciu fluoresceínu pre kontrast obrazu (obr. 6a).Optické pigtaily sú pripojené k filtračnej jednotke cez FC/APC konektory (strata 1,82 dB) (obr. 6b).Lúč je vychyľovaný dichroickým zrkadlom (#WDM-12P-111-488/500:600, Oz Optics) v SMF cez ďalší FC/APC konektor.V súlade s 21 CFR 812 je dopadajúci výkon tkaniva obmedzený na maximálne 2 mW, aby sa splnili požiadavky FDA pre zanedbateľné riziko.Fluorescencia prešla cez dichroické zrkadlo a dlhý transmisný filter (#BLP01-488R, Semrock).Fluorescencia sa preniesla do detektora fotonásobiča (PMT) (#H7422-40, Hamamatsu) cez FC/PC konektor s použitím ~1 m dlhého multimódového vlákna s priemerom jadra 50 um.Fluorescenčné signály boli zosilnené vysokorýchlostným prúdovým zosilňovačom (#59-179, Edmund Optics).Na zber dát a spracovanie obrazu v reálnom čase bol vyvinutý špeciálny softvér (LabVIEW 2021, NI).Nastavenia výkonu lasera a zosilnenia PMT určuje mikrokontrolér (#Arduino UNO, Arduino) pomocou špeciálnej dosky plošných spojov.SMF a vodiče končia v konektoroch a pripájajú sa k portom z optických vlákien (F) a káblových (W) na základnej stanici (obrázok 6c).Zobrazovací systém je umiestnený na prenosnom vozíku (obrázok 6d). Na obmedzenie zvodového prúdu na < 500 μA sa použil izolačný transformátor. Na obmedzenie zvodového prúdu na < 500 μA sa použil izolačný transformátor. Для ограничения тока утечки до <500 мкА использовался изолирующий трансформатор. Na obmedzenie zvodového prúdu na <500 µA sa použil izolačný transformátor.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 do < 500 мкА. Na obmedzenie zvodového prúdu na < 500 µA použite izolačný transformátor.
vizualizačný systém.a) PMT, laser a zosilňovač sú v základnej stanici.(b) V banke filtrov prechádza laser (modrý) cez kábel z optických vlákien cez konektor FC/APC.Lúč je vychyľovaný dichroickým zrkadlom (DM) do jednovidového vlákna (SMF) cez druhý FC/APC konektor.Fluorescencia (zelená) prechádza cez DM a dlhopriepustný filter (LPF) do PMT cez multimódové vlákno (MMF).(c) Proximálny koniec endoskopu je pripojený k portu optického vlákna (F) a káblového portu (W) základnej stanice.(d) Endoskop, monitor, základňová stanica, počítač a izolačný transformátor na prenosnom vozíku.(a, c) Solidworks 2016 bol použitý na 3D modelovanie komponentov zobrazovacieho systému a endoskopu.
Bočné a axiálne rozlíšenie fokusačnej optiky sa meralo z funkcie bodového rozptylu fluorescenčných mikroguľôčok (#F8803, Thermo Fisher Scientific) s priemerom 0,1 um.Zozbierajte snímky horizontálnym a vertikálnym prekladom mikroguľôčok v krokoch po 1 µm pomocou lineárneho stolíka (# M-562-XYZ, DM-13, Newport).Skladanie obrázkov pomocou ImageJ2 na získanie prierezových obrázkov mikroguľôčok.
Na zber dát a spracovanie obrazu v reálnom čase bol vyvinutý špeciálny softvér (LabVIEW 2021, NI).Na obr.7 ukazuje prehľad rutín používaných na prevádzku systému.Používateľské rozhranie pozostáva zo zberu dát (DAQ), hlavného panela a ovládacieho panela.Panel zberu údajov spolupracuje s hlavným panelom a umožňuje zhromažďovať a ukladať nespracované údaje, poskytuje vstup pre vlastné nastavenia zberu údajov a spravuje nastavenia ovládača skenera.Hlavný panel umožňuje používateľovi vybrať požadovanú konfiguráciu na používanie endoskopu, vrátane riadiaceho signálu skenera, snímkovej frekvencie videa a parametrov získavania.Tento panel tiež umožňuje používateľovi zobraziť a ovládať jas a kontrast obrazu.Pomocou nespracovaných údajov ako vstupu algoritmus vypočíta optimálne nastavenie zisku pre PMT a automaticky upraví tento parameter pomocou proporcionálno-integrálneho (PI)16 spätnoväzbového riadiaceho systému.Riadiaca doska spolupracuje s hlavnou doskou a doskou na zber údajov na riadenie výkonu lasera a zisku PMT.
Architektúra softvéru systému.Používateľské rozhranie pozostáva z modulov (1) zber dát (DAQ), (2) hlavný panel a (3) ovládací panel.Tieto programy bežia súbežne a komunikujú medzi sebou prostredníctvom frontov správ.Kľúčom je MEMS: mikroelektromechanický systém, TDMS: tok riadenia technických údajov, PI: proporcionálny integrál, PMT: fotonásobič.Obrazové a video súbory sa ukladajú vo formáte BMP a AVI.
Algoritmus fázovej korekcie sa používa na výpočet rozptylu intenzít obrazových pixelov pri rôznych fázových hodnotách, aby sa určila maximálna hodnota použitá na zaostrenie obrazu.Pre korekciu v reálnom čase je rozsah fázového skenovania ±2,86° s relatívne veľkým krokom 0,286° na skrátenie výpočtového času.Okrem toho, použitie častí obrazu s menším počtom vzoriek ďalej skracuje čas výpočtu snímky obrazu zo 7,5 sekundy (1 Mvzorka) na 1,88 sekundy (250 Kvzorka) pri 10 Hz.Tieto vstupné parametre boli zvolené tak, aby poskytovali adekvátnu kvalitu obrazu s minimálnou latenciou počas in vivo zobrazovania.Živé obrázky a videá sa zaznamenávajú vo formáte BMP a AVI.Nespracované údaje sú uložené vo formáte toku technických údajov (TMDS).
Následné spracovanie obrazov in vivo na zlepšenie kvality pomocou LabVIEW 2021. Presnosť je obmedzená pri použití algoritmov fázovej korekcie počas zobrazovania in vivo z dôvodu dlhého potrebného výpočtového času.Používajú sa iba obmedzené oblasti obrázkov a čísla vzoriek.Algoritmus navyše nefunguje dobre pre obrázky s pohybovými artefaktmi alebo nízkym kontrastom a vedie k chybám vo výpočte fázy30.Jednotlivé snímky s vysokým kontrastom a bez pohybových artefaktov boli manuálne vybrané na fázové jemné doladenie s rozsahom fázového skenovania ±0,75° v 0,01° krokoch.Použila sa celá oblasť obrazu (napr. 1 Mvzorka obrazu zaznamenaného pri 10 Hz).Tabuľka S2 podrobne uvádza parametre obrazu používané na spracovanie v reálnom čase a následné spracovanie.Po fázovej korekcii sa na ďalšie zníženie obrazového šumu použije stredový filter.Jas a kontrast sa ďalej zlepšujú roztiahnutím histogramu a gama korekciou31.
Klinické skúšky boli schválené Radou pre hodnotenie zdravotníckych inštitúcií v Michigane a boli vykonané na oddelení lekárskych postupov.Táto štúdia je registrovaná online na ClinicalTrials.gov (NCT03220711, dátum registrácie: 18. 7. 2017).Kritériá zaradenia zahŕňali pacientov (vo veku 18 až 100 rokov) s predtým plánovanou elektívnou kolonoskopiou, zvýšeným rizikom kolorektálneho karcinómu a anamnézou zápalového ochorenia čriev.Informovaný súhlas bol získaný od každého subjektu, ktorý súhlasil s účasťou.Kritériá vylúčenia boli pacientky, ktoré boli tehotné, mali známu precitlivenosť na fluoresceín alebo podstupovali aktívnu chemoterapiu alebo rádioterapiu.Táto štúdia zahŕňala po sebe nasledujúcich pacientov naplánovaných na rutinnú kolonoskopiu a bola reprezentatívna pre populáciu Michigan Medical Center.Štúdia bola vykonaná v súlade s Helsinskou deklaráciou.
Pred operáciou nakalibrujte endoskop pomocou 10 µm fluorescenčných guľôčok (#F8836, Thermo Fisher Scientific) namontovaných v silikónových formách.Priesvitný silikónový tmel (#RTV108, Momentive) bol naliaty do 3D tlačenej plastovej formy s objemom 8 cm3.Nasaďte vodné fluorescenčné guľôčky na silikón a nechajte, kým vodné médium nezaschne.
Celé hrubé črevo bolo vyšetrené pomocou štandardného lekárskeho kolonoskopu (Olympus, CF-HQ190L) s osvetlením bielym svetlom.Keď endoskopista určí oblasť údajného ochorenia, oblasť sa premyje 5-10 ml 5% kyseliny octovej a potom sterilnou vodou, aby sa odstránil hlien a nečistoty.5 ml dávka 5 mg/ml fluoresceínu (Alcon, Fluorescite) bola injikovaná intravenózne alebo nastriekaná topicky na sliznicu pomocou štandardnej kanyly (M00530860, Boston Scientific), ktorá prechádzala cez pracovný kanál.
Použite irigátor na spláchnutie prebytočného farbiva alebo zvyškov z povrchu sliznice.Odstráňte nebulizačný katéter a prejdite endoskopom cez pracovný kanál, aby ste získali snímky ante-mortem.Použite endoskopické vedenie so širokým poľom na umiestnenie distálneho hrotu do cieľovej oblasti. Celkový čas použitý na zber konfokálnych snímok bol <10 minút. Celkový čas použitý na zber konfokálnych snímok bol <10 minút. Общее время, затраченное на сбор конфокальных изображений, составило <10 мин. Celkový čas potrebný na zber konfokálnych snímok bol <10 minút.Celkový čas akvizície pre konfokálne snímky bol kratší ako 10 minút.Endoskopické video v bielom svetle bolo spracované pomocou zobrazovacieho systému Olympus EVIS EXERA III (CLV-190) a zaznamenané pomocou videorekordéra Elgato HD.Použite LabVIEW 2021 na nahrávanie a ukladanie endoskopických videí.Po dokončení zobrazovania sa endoskop odstráni a tkanivo, ktoré sa má vizualizovať, sa vyreže pomocou bioptických klieští alebo slučky. Tkanivá boli spracované na rutinnú histológiu (H&E) a vyhodnotené odborným GI patológom (HDA). Tkanivá boli spracované na rutinnú histológiu (H&E) a vyhodnotené odborným GI patológom (HDA). Ткани были обработаны для обычной гистологии (H&E) a оценены экспертом-патологогогом ťahák (HDA). Tkanivá boli spracované na rutinnú histológiu (H&E) a hodnotené odborným gastrointestinálnym patológom (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) a оценены экспертом-патологогогом ťahák (HDA). Tkanivá boli spracované na rutinnú histológiu (H&E) a hodnotené odborným gastrointestinálnym patológom (HDA).Spektrálne vlastnosti fluoresceínu boli potvrdené pomocou spektrometra (USB2000+, Ocean Optics), ako je znázornené na obrázku S2.
Endoskopy sa sterilizujú po každom použití človekom (obr. 8).Postupy čistenia sa vykonávali pod vedením a schválením oddelenia kontroly infekcií a epidemiológie lekárskeho centra v Michigane a jednotky centrálneho sterilného spracovania. Pred štúdiou boli nástroje testované a validované na sterilizáciu spoločnosťou Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), komerčnou spoločnosťou, ktorá poskytuje služby v oblasti prevencie infekcií a validácie sterilizácie. Pred štúdiou boli nástroje testované a validované na sterilizáciu spoločnosťou Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), komerčnou spoločnosťou, ktorá poskytuje služby v oblasti prevencie infekcií a validácie sterilizácie. Перед исследованием инструменты были протестированы и одобрены и одобрены для стерилизаципе ного стерилизаципе конованы ммерческой организацией, предоставляющей услуги по профилактике инфекарийриевирио Pred štúdiom boli nástroje testované a schválené na sterilizáciu spoločnosťou Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), komerčnou organizáciou poskytujúcou služby v oblasti prevencie infekcií a overovania sterilizácie. Перед исследованием инструменты были стерилизованы a проверены, Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), когремерче орая предоставляет услуги по профилактике инфекций a проверке стерилизации. Nástroje boli pred štúdiou sterilizované a skontrolované spoločnosťou Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), komerčnou organizáciou, ktorá poskytuje služby v oblasti prevencie infekcií a overovania sterilizácie.
Recyklácia nástrojov.(a) Endoskopy sa umiestnia do podnosov po každej sterilizácii procesom spracovania STERRAD.b) SMF a vodiče sú ukončené optickými a elektrickými konektormi, ktoré sú pred regeneráciou uzavreté.
Vyčistite endoskopy takto: (1) utrite endoskop handričkou, ktorá nepúšťa vlákna, namočenou v enzymatickom čističi od proximálnej po distálnu;(2) Ponorte prístroj do roztoku enzymatického čistiaceho prostriedku s vodou na 3 minúty.tkanina nepúšťajúca vlákna.Elektrické konektory a konektory z optických vlákien sú zakryté a odstránené z roztoku;(3) Endoskop je zabalený a umiestnený do podnosu na sterilizáciu pomocou STERRAD 100NX, plynnej plazmy s peroxidom vodíka.prostredie s relatívne nízkou teplotou a nízkou vlhkosťou.
Súbory údajov použité a/alebo analyzované v súčasnej štúdii sú dostupné od príslušných autorov na základe primeranej žiadosti.
Pilonis, ND, Januszewicz, W. & di Pietro, M. Konfokálna laserová endomikroskopia v gastro-intestinálnej endoskopii: Technické aspekty a klinické aplikácie. Pilonis, ND, Januszewicz, W. & di Pietro, M. Konfokálna laserová endomikroskopia v gastro-intestinálnej endoskopii: Technické aspekty a klinické aplikácie.Pilonis, ND, Januszewicz, V. i di Pietro, M. Konfokálna laserová endomikroskopia v gastrointestinálnej endoskopii: technické aspekty a klinická aplikácia. 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：Technické aspekty a klinické aplikácie.Pilonis, ND, Januszewicz, V. i di Pietro, M. Konfokálna laserová endoskopia v gastrointestinálnej endoskopii: technické aspekty a klinické aplikácie.translačný gastrointestinálny heparín.7, 7 (2022).
Al-Mansour, MR a kol.Analýza bezpečnosti a účinnosti konfokálnej laserovej endomikroskopie SAGES TAVAC.Prevádzka.Endoskopia 35, 2091–2103 (2021).
Fugazza, A. a kol.Konfokálna laserová endoskopia pri gastrointestinálnych a pankreatobiliárnych ochoreniach: systematický prehľad a metaanalýza.Biomedicínska veda.zásobná nádrž.interné 2016, 4638683 (2016).