Salamat sa pagbisita sa Nature.com.Gumagamit ka ng bersyon ng browser na may limitadong suporta sa CSS.Para sa pinakamagandang karanasan, inirerekomenda namin na gumamit ka ng na-update na browser (o huwag paganahin ang Compatibility Mode sa Internet Explorer).Bilang karagdagan, upang matiyak ang patuloy na suporta, ipinapakita namin ang site na walang mga istilo at JavaScript.
Nagpapakita ng carousel ng tatlong slide nang sabay-sabay.Gamitin ang Nakaraang at Susunod na mga pindutan upang lumipat sa tatlong mga slide sa isang pagkakataon, o gamitin ang mga pindutan ng slider sa dulo upang lumipat sa tatlong mga slide sa isang pagkakataon.
Ang confocal laser endoscopy ay isang bagong paraan ng real-time na optical biopsy.Ang mga fluorescent na imahe ng histological na kalidad ay maaaring makuha kaagad mula sa epithelium ng mga guwang na organo.Sa kasalukuyan, ang pag-scan ay isinasagawa nang malapit sa mga instrumentong nakabatay sa probe na karaniwang ginagamit sa klinikal na kasanayan, na may limitadong kakayahang umangkop sa kontrol sa pagtutok.Ipinakita namin ang paggamit ng isang parametric resonant scanner na naka-mount sa distal na dulo ng isang endoscope upang magsagawa ng high-speed lateral deflection.Ang isang butas ay nakaukit sa gitna ng reflector upang igulong ang liwanag na landas.Binabawasan ng disenyong ito ang laki ng instrumento sa 2.4 mm ang diyametro at 10 mm ang haba, na nagpapahintulot na maipasa ito pasulong sa gumaganang channel ng karaniwang mga medikal na endoscope.Ang compact lens ay nagbibigay ng lateral at axial resolution na 1.1 at 13.6 µm, ayon sa pagkakabanggit.Ang isang working distance na 0 µm at isang field ng view na 250 µm × 250 µm ay nakakamit sa frame rate hanggang 20 Hz.Ang excitement sa 488 nm ay nagpapasigla sa fluorescein, isang inaprubahan ng FDA na tina para sa mataas na kaibahan ng tissue.Ang mga endoscope ay na-reprocessed para sa 18 cycle nang walang pagkabigo gamit ang clinically approved sterilization na mga pamamaraan.Ang mga fluorescent na imahe ay nakuha mula sa normal na colonic mucosa, tubular adenomas, hyperplastic polyps, ulcerative colitis, at Crohn's colitis sa panahon ng regular na colonoscopy.Maaaring makilala ang mga solong cell, kabilang ang mga colonocytes, goblet cell, at mga nagpapaalab na selula.Ang mga tampok ng mucosal tulad ng mga istruktura ng crypt, mga cavity ng crypt, at lamina propria ay maaaring makilala.Ang instrumento ay maaaring gamitin bilang pandagdag sa conventional endoscopy.
Confocal laser endoscopy ay isang nobelang imaging modality na binuo para sa klinikal na paggamit bilang isang adjunct sa regular na endoscopy1,2,3.Ang nababaluktot, fiber-optic-connected na mga instrumento na ito ay maaaring gamitin upang tuklasin ang mga sakit sa mga epithelial cell na nasa linya ng mga guwang na organo, gaya ng colon.Ang manipis na layer ng tissue na ito ay lubos na metabolically active at ang pinagmulan ng maraming proseso ng sakit tulad ng cancer, impeksyon, at pamamaga.Maaaring makamit ng endoscopy ang subcellular resolution, na nagbibigay ng real-time, malapit sa histological na kalidad sa vivo na mga larawan upang matulungan ang mga clinician na gumawa ng mga klinikal na desisyon.Ang biopsy ng pisikal na tissue ay nagdadala ng panganib ng pagdurugo at pagbubutas.Masyadong marami o napakakaunting biopsy specimens ang madalas na kinokolekta.Ang bawat sample na inalis ay nagpapataas ng gastos sa operasyon.Tumatagal ng ilang araw para masuri ang sample ng isang pathologist.Sa mga araw ng paghihintay para sa mga resulta ng patolohiya, ang mga pasyente ay madalas na nakakaranas ng pagkabalisa.Sa kaibahan, ang iba pang mga klinikal na imaging modalities tulad ng MRI, CT, PET, SPECT, at ultrasound ay kulang sa spatial na resolusyon at temporal na bilis na kinakailangan upang mailarawan ang mga proseso ng epithelial sa vivo na may real-time, subcellular na resolusyon.
Ang instrumento na nakabatay sa probe (Cellvizio) ay kasalukuyang karaniwang ginagamit sa mga klinika upang magsagawa ng "optical biopsy".Ang disenyo ay batay sa isang spatially coherent fiber optic bundle4 na nangongolekta at nagpapadala ng mga fluorescent na larawan.Ang nag-iisang fiber core ay gumaganap bilang isang "butas" upang spatially na i-filter ang defocused na ilaw para sa subcellular resolution.Isinasagawa ang pag-scan nang malapit gamit ang isang malaki at napakalaking galvanometer.Nililimitahan ng probisyong ito ang kakayahan ng tool sa pagkontrol ng focus.Ang wastong yugto ng maagang epithelial carcinoma ay nangangailangan ng visualization sa ibaba ng tissue surface upang masuri ang invasion at matukoy ang naaangkop na therapy.Ang Fluorescein, isang ahente ng contrast na inaprubahan ng FDA, ay ibinibigay sa intravenously upang i-highlight ang mga tampok na istruktura ng epithelium. Ang mga endomicroscope na ito ay may mga sukat na <2.4 mm ang lapad, at madaling maipasa sa pamamagitan ng biopsy channel ng mga karaniwang medikal na endoscope. Ang mga endomicroscope na ito ay may mga sukat na <2.4 mm ang lapad, at madaling maipasa sa pamamagitan ng biopsy channel ng mga karaniwang medikal na endoscope. Эти эндомикроскопы имеют размеры <2.4 мм в диаметре и могут быть легко проведены через биопсийный кадихда мит оскопов. Ang mga endomicroscope na ito ay <2.4 mm ang lapad at madaling maipasa sa biopsy channel ng mga karaniwang medikal na endoscope.Ang mga borescope na ito ay mas mababa sa 2.4 mm ang lapad at madaling dumaan sa biopsy channel ng mga karaniwang medikal na borescope.Ang kakayahang umangkop na ito ay nagbibigay-daan para sa isang malawak na hanay ng mga klinikal na aplikasyon at independiyente sa mga tagagawa ng endoscope.Maraming klinikal na pag-aaral ang isinagawa gamit ang imaging device na ito, kabilang ang maagang pagtuklas ng mga kanser sa esophagus, tiyan, colon, at oral cavity.Ang mga protocol ng imaging ay binuo at ang kaligtasan ng pamamaraan ay naitatag.
Ang mga microelectromechanical system (MEMS) ay isang makapangyarihang teknolohiya para sa pagdidisenyo at paggawa ng maliliit na mekanismo ng pag-scan na ginagamit sa distal na dulo ng mga endoscope.Ang posisyong ito (kamag-anak sa proximal) ay nagbibigay-daan para sa higit na kakayahang umangkop sa pagkontrol sa pokus na posisyon5,6.Bilang karagdagan sa lateral deflection, ang distal na mekanismo ay maaari ding magsagawa ng axial scan, post-objective scan, at random access scan.Ang mga kakayahang ito ay nagbibigay-daan sa mas komprehensibong epithelial cell interrogation, kabilang ang vertical cross-sectional imaging7, malaking field of view (FOV)8 aberration-free scanning, at pinahusay na performance sa mga sub-region na tinukoy ng user9.Malulutas ng MEMS ang seryosong problema ng pag-iimpake ng makina ng pag-scan na may limitadong espasyo na magagamit sa dulong bahagi ng instrumento.Kung ikukumpara sa malalaking galvanometer, ang MEMS ay nagbibigay ng mahusay na pagganap sa maliit na sukat, mataas na bilis, at mababang paggamit ng kuryente.Ang isang simpleng proseso ng pagmamanupaktura ay maaaring palakihin para sa mass production sa mababang halaga.Maraming mga disenyo ng MEMS ang naunang naiulat10,11,12.Wala pa sa mga teknolohiya ang sapat na binuo upang paganahin ang malawakang klinikal na paggamit ng real-time sa vivo imaging sa pamamagitan ng gumaganang channel ng isang medikal na endoscope.Dito, nilalayon naming ipakita ang paggamit ng isang MEMS scanner sa distal na dulo ng isang endoscope para sa in vivo human image acquisition sa panahon ng regular na klinikal na endoscopy.
Ang isang fiber optic na instrumento ay binuo gamit ang isang MEMS scanner sa distal na dulo upang mangolekta ng real-time sa vivo fluorescent na mga imahe na may katulad na histological na mga katangian.Ang single-mode fiber (SMF) ay nakapaloob sa isang flexible polymer tube at nasasabik sa λex = 488 nm.Ang pagsasaayos na ito ay nagpapaikli sa haba ng distal na dulo at pinapayagan itong maipasa sa gumaganang channel ng karaniwang mga medikal na endoscope.Gamitin ang tip upang igitna ang optic.Idinisenyo ang mga lens na ito upang makamit ang halos diffractive axial resolution na may numerical aperture (NA) = 0.41 at working distance = 0 µm13.Ang mga precision shims ay ginawa upang tumpak na ihanay ang mga optika 14. Ang scanner ay nakabalot sa isang endoscope na may matibay na dulong dulo na 2.4 mm ang lapad at 10 mm ang haba (Fig. 1a).Ang mga sukat na ito ay nagpapahintulot na magamit ito sa klinikal na kasanayan bilang isang accessory sa panahon ng endoscopy (Larawan 1b).Ang pinakamataas na lakas ng insidente ng laser sa tissue ay 2 mW.
Confocal laser endoscopy (CLE) at MEMS scanner.Larawang nagpapakita ng (a) isang nakabalot na instrumento na may matibay na distal na sukat ng dulo na 2.4 mm ang lapad at 10 mm ang haba at (b) tuwid na daanan sa gumaganang channel ng isang karaniwang medikal na endoscope (Olympus CF-HQ190L).(c) Front view ng scanner na nagpapakita ng reflector na may central aperture na 50 µm kung saan dumadaan ang excitation beam.Ang scanner ay naka-mount sa isang gimbal na hinimok ng isang set ng quadrature comb drive drive.Ang resonant frequency ng device ay tinutukoy ng laki ng torsion spring.(d) Side view ng scanner na nagpapakita ng scanner na naka-mount sa isang stand na may mga wire na nakakonekta sa mga electrode anchor na nagbibigay ng mga punto ng koneksyon para sa drive at power signal.
Ang mekanismo ng pag-scan ay binubuo ng isang gimbal-mounted reflector na hinimok ng isang set ng comb-driven quadrature actuator upang i-deflect ang beam sa gilid (XY plane) sa isang Lissajous pattern (Fig. 1c).Isang butas na 50 µm ang lapad ay nakaukit sa gitna kung saan dumaan ang excitation beam.Ang scanner ay hinihimok sa resonant frequency ng disenyo, na maaaring i-tune sa pamamagitan ng pagbabago ng mga sukat ng torsion spring.Ang mga electrode anchor ay inukit sa periphery ng device upang magbigay ng mga punto ng koneksyon para sa mga power at control signal (Fig. 1d).
Ang sistema ng imaging ay naka-mount sa isang portable cart na maaaring igulong sa operating room.Ang graphical na user interface ay idinisenyo upang suportahan ang mga user na may kaunting teknikal na kaalaman, tulad ng mga doktor at nars.Manu-manong suriin ang dalas ng drive ng scanner, mode ng beamform, at FOV ng imahe.
Ang kabuuang haba ng endoscope ay humigit-kumulang 4m upang payagan ang buong pagpasa ng mga instrumento sa gumaganang channel ng isang karaniwang medikal na endoscope (1.68m), na may dagdag na haba para sa kakayahang magamit.Sa proximal na dulo ng endoscope, ang SMF at mga wire ay nagtatapos sa mga konektor na kumokonekta sa fiber optic at wired port ng base station.Ang pag-install ay naglalaman ng isang laser, isang filter unit, isang high-voltage amplifier at isang photomultiplier detector (PMT).Ang amplifier ay nagbibigay ng power at drive signal sa scanner.Pinagsasama ng optical filter unit ang laser excitation sa SMF at ipinapasa ang fluorescence sa PMT.
Ang mga endoscope ay muling pinoproseso pagkatapos ng bawat klinikal na pamamaraan gamit ang proseso ng isterilisasyon ng STERRAD at maaaring tumagal ng hanggang 18 na cycle nang walang pagkabigo.Para sa solusyon ng OPA, walang nakitang mga senyales ng pinsala pagkatapos ng higit sa 10 cycle ng pagdidisimpekta.Nahigitan ng mga resulta ng OPA ang STERRAD's, na nagmumungkahi na ang buhay ng mga endoscope ay maaaring pahabain sa pamamagitan ng mataas na antas ng pagdidisimpekta sa halip na muling isterilisasyon.
Natukoy ang resolution ng imahe mula sa point spread function gamit ang fluorescent beads na may diameter na 0.1 μm.Para sa lateral at axial resolution, ang buong lapad sa kalahating maximum (FWHM) na 1.1 at 13.6 µm, ayon sa pagkakabanggit, ay sinukat (Larawan 2a, b).
Mga pagpipilian sa imahe.Ang lateral (a) at axial (b) na resolution ng focusing optics ay nailalarawan sa pamamagitan ng point spread function (PSF) na sinusukat gamit ang fluorescent microspheres na may diameter na 0.1 μm.Ang sinusukat na buong lapad sa kalahating maximum (FWHM) ay 1.1 at 13.6 µm, ayon sa pagkakabanggit.Inset: Ang mga pinalawak na view ng isang microsphere sa transverse (XY) at axial (XZ) na direksyon ay ipinapakita.(c) Fluorescent na imahe na nakuha mula sa isang standard (USAF 1951) na target na strip (pulang hugis-itlog) na nagpapakita na ang mga pangkat 7-6 ay malinaw na malulutas.(d) Larawan ng 10 µm diameter dispersed fluorescent microspheres na nagpapakita ng field ng view ng imahe na 250 µm×250 µm.Ang mga PSF sa (a, b) ay binuo gamit ang MATLAB R2019a (https://www.mathworks.com/).(c, d) Ang mga fluorescent na imahe ay nakolekta gamit ang LabVIEW 2021 (https://www.ni.com/).
Ang mga fluorescent na imahe mula sa mga standard na lente ng resolusyon ay malinaw na nakikilala ang hanay ng mga haligi sa mga pangkat 7-6, na nagpapanatili ng mataas na lateral na resolusyon (Larawan 2c).Ang field of view (FOV) na 250 µm × 250 µm ay natukoy mula sa mga larawan ng 10 µm diameter na fluorescent beads na nakakalat sa mga coverslip (Fig. 2d).
Ang isang automated na paraan para sa PMT gain control at phase correction ay ipinapatupad sa isang clinical imaging system upang mabawasan ang mga artifact ng paggalaw mula sa mga endoscope, colon peristalsis, at paghinga ng pasyente.Ang mga algorithm sa muling pagtatayo at pagproseso ng imahe ay inilarawan dati14,15.Ang nakuha ng PMT ay kinokontrol ng isang proportional-integral (PI) controller upang maiwasan ang intensity saturation16.Binabasa ng system ang maximum na intensity ng pixel para sa bawat frame, kinakalkula ang proporsyonal at integral na mga tugon, at tinutukoy ang mga halaga ng nakuha ng PMT upang matiyak na ang intensity ng pixel ay nasa loob ng pinapayagang hanay.
Sa panahon ng in vivo imaging, ang phase mismatch sa pagitan ng paggalaw ng scanner at control signal ay maaaring magdulot ng blur ng larawan.Ang ganitong mga epekto ay maaaring mangyari dahil sa mga pagbabago sa temperatura ng aparato sa loob ng katawan ng tao.Ang mga puting ilaw na imahe ay nagpakita na ang endoscope ay nakikipag-ugnay sa normal na colonic mucosa sa vivo (Larawan 3a).Ang pag-blur ng mga hindi naka-align na pixel ay makikita sa mga hilaw na larawan ng normal na colonic mucosa (Larawan 3b).Pagkatapos ng paggamot na may wastong yugto at pagsasaayos ng kaibahan, ang mga subcellular na tampok ng mucosa ay maaaring makilala (Larawan 3c).Para sa karagdagang impormasyon, ang mga hilaw na confocal na imahe at naprosesong real-time na mga imahe ay ipinapakita sa Fig. S1, at ang mga parameter ng reconstruction ng imahe na ginamit para sa real-time at post-processing ay ipinakita sa Table S1 at Table S2.
Pagproseso ng imahe.(a) Malawak na anggulo na endoscopic na imahe na nagpapakita ng isang endoscope (E) na inilagay sa pakikipag-ugnay sa normal (N) colonic mucosa upang mangolekta ng mga vivo fluorescent na imahe pagkatapos ng pangangasiwa ng fluorescein.(b) Ang paggala sa X at Y axes habang nag-scan ay maaaring magdulot ng hindi pagkakatugma na mga pixel na lumabo.Para sa mga layunin ng pagpapakita, isang malaking phase shift ang inilalapat sa orihinal na larawan.(c) Pagkatapos ng post-processing phase correction, maaaring masuri ang mga detalye ng mucosal, kabilang ang mga istruktura ng crypt (mga arrow), na may gitnang lumen (l) na napapalibutan ng lamina propria (lp).Maaaring makilala ang mga solong cell, kabilang ang mga colonocytes (c), mga goblet cell (g), at mga nagpapasiklab na selula (mga arrow).Tingnan ang karagdagang video 1. (b, c) Mga larawang naproseso gamit ang LabVIEW 2021.
Ang mga imahe ng confocal fluorescence ay nakuha sa vivo sa ilang mga colonic na sakit upang ipakita ang malawak na klinikal na kakayahang magamit ng instrumento.Ang wide-angle imaging ay unang isinagawa gamit ang puting ilaw upang makita ang napaka-abnormal na mucosa.Ang endoscope ay pagkatapos ay isulong sa pamamagitan ng gumaganang channel ng colonoscope at dinala sa pakikipag-ugnay sa mucosa.
Ang wide-field endoscopy, confocal endomicroscopy, at histology (H&E) na mga larawan ay ipinapakita para sa colonic neoplasia, kabilang ang tubular adenoma at hyperplastic polyp. Ang wide-field endoscopy, confocal endomicroscopy, at histology (H&E) na mga larawan ay ipinapakita para sa colonic neoplasia, kabilang ang tubular adenoma at hyperplastic polyp. Широкопольная эндоскопия, конфокальная эндомикроскопия и гистологические (H&E) изображения показаны для иликочия для иликоч тубулярную аденому и гиперпластический полип. Ang colonic endoscopy, confocal endomicroscopy, at histological (H&E) imaging ay ipinahiwatig para sa colonic neoplasia, kabilang ang tubular adenoma at hyperplastic polyp.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、共聚和增生性息肉）的广角内窥镜检查、共聚和增生织学(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共共共光在微在光在微微学(H&E) na larawan. Широкопольная эндоскопия, конфокальная микроэндоскопия и гистологические (H&E) изображения, показывающио чикопия тубулярные аденомы и гиперпластические полипы. Broad-field endoscopy, confocal microendoscopy, at histological (H&E) na mga larawang nagpapakita ng mga tumor ng colon, kabilang ang mga tubular adenoma at hyperplastic polyps.Ang tubular adenomas ay nagpakita ng pagkawala ng normal na arkitektura ng crypt, pagbawas sa laki ng mga cell ng goblet, pagbaluktot ng crypt lumen, at pampalapot ng lamina propria (Fig. 4a-c).Ang hyperplastic polyps ay nagpakita ng stellate architecture ng mga crypts, ilang mga goblet cells, slit-like lumen ng crypts, at irregular lamellar crypts (Fig. 4d-f).
Larawan ng mucosal na makapal na balat sa vivo. Ang kinatawan ng white light endoscopy, confocal endomicroscope, at histology (H&E) na mga larawan ay ipinapakita para sa (ac) adenoma, (df) hyperplastic polyp, (gi) ulcerative colitis, at (jl) Crohn's colitis. Ang kinatawan ng white light endoscopy, confocal endomicroscope, at histology (H&E) na mga larawan ay ipinapakita para sa (ac) adenoma, (df) hyperplastic polyp, (gi) ulcerative colitis, at (jl) Crohn's colitis. Типичные изображения эндоскопии в белом свете, конфокального эндомикроскопа и гистологии (H&E) покального эндомикроскопа и гистологии (H&E) показано) показаны) да стического полипа, (gi) язвенного колита и (jl) колита Крона. Ang karaniwang white-light endoscopy, confocal endomicroscope, at histology (H&E) na mga larawan ay ipinapakita para sa (ac) adenoma, (df) hyperplastic polyp, (gi) ulcerative colitis, at (jl) Crohn's colitis.显示了(ac) 腺瘤、(df) 增生性息肉、(gi) 溃疡性结肠炎和(jl) 克罗恩结肠炎的性结肠炎和(jl) 克罗恩结肠炎的恩结肠炎查、共聚焦内窥镜检查和组织学( H&E) 图像。 Ito ay nagpapakita ng(ac) 躰真、(df) 增生性息肉、(gi) 苏盖性红肠炎和(jl) 克罗恩红肠炎的体肽家怠公司内肠肠炎性和电视学( H&E ) larawan. Представлены репрезентативные эндоскопия в белом свете, конфокальная эндоскопия и гистология (ac) аденопрым, (dоскопия) (gi) язвенного колита и (jl) колита Крона (H&E). Ipinapakita ang kinatawan ng white-light endoscopy, confocal endoscopy, at histology ng (ac) adenoma, (df) hyperplastic polyposis, (gi) ulcerative colitis, at (jl) Crohn's colitis (H&E).(B) ay nagpapakita ng isang confocal na imahe na nakuha sa vivo mula sa isang tubular adenoma (TA) gamit ang isang endoscope (E).Ang precancerous lesion na ito ay nagpapakita ng pagkawala ng normal na crypt architecture (arrow), distortion ng crypt lumen (l), at crowding ng crypt lamina propria (lp).Ang mga colonocytes (c), mga goblet cell (g), at mga nagpapaalab na selula (mga arrow) ay maaari ding makilala.Smt.Karagdagang Video 2. (e) ay nagpapakita ng isang confocal na imahe na nakuha mula sa isang hyperplastic polyp (HP) sa vivo.Ang benign lesion na ito ay nagpapakita ng isang stellate crypt architecture (arrow), isang slit-like crypt lumen (l), at isang hindi regular na hugis na lamina propria (lp).Ang mga colonocytes (c), ilang mga goblet cell (g) at mga nagpapasiklab na selula (mga arrow) ay maaari ding makilala.Smt.Karagdagang Video 3. (h) ay nagpapakita ng mga confocal na larawang nakuha sa ulcerative colitis (UC) sa vivo.Ang nagpapasiklab na kondisyong ito ay nagpapakita ng baluktot na arkitektura ng crypt (arrow) at mga kilalang goblet cell (g).Ang mga balahibo ng fluorescein (f) ay na-extruded mula sa mga epithelial cells, na sumasalamin sa tumaas na vascular permeability.Maraming mga nagpapaalab na selula (mga arrow) ang nakikita sa lamina propria (lp).Smt.Karagdagang Video 4. (k) ay nagpapakita ng isang confocal na imahe na nakuha sa vivo mula sa isang rehiyon ng Crohn's colitis (CC).Ang nagpapasiklab na kondisyong ito ay nagpapakita ng baluktot na arkitektura ng crypt (arrow) at mga kilalang goblet cell (g).Ang mga balahibo ng fluorescein (f) ay na-extruded mula sa mga epithelial cells, na sumasalamin sa tumaas na vascular permeability.Maraming mga nagpapaalab na selula (mga arrow) ang nakikita sa lamina propria (lp).Smt.Karagdagang Video 5. (b, d, h, l) Mga larawang naproseso gamit ang LabVIEW 2021.
Ang isang katulad na hanay ng mga larawan ng colonic inflammation ay ipinapakita, kabilang ang ulcerative colitis (UC) (Figure 4g-i) at Crohn's colitis (Figure 4j-l).Ang nagpapasiklab na tugon ay naisip na nailalarawan sa pamamagitan ng mga pangit na istruktura ng crypt na may nakausli na mga cell ng goblet.Ang fluorescein ay pinipiga sa mga epithelial cells, na sumasalamin sa mas mataas na vascular permeability.Ang isang malaking bilang ng mga nagpapaalab na selula ay makikita sa lamina propria.
Ipinakita namin ang klinikal na aplikasyon ng isang flexible fiber-coupled confocal laser endoscope na gumagamit ng isang distally positioned MEMS scanner para sa in vivo image acquisition.Sa resonant frequency, ang mga frame rate na hanggang 20 Hz ay ​​maaaring makuha gamit ang high-density Lissajous scan mode upang bawasan ang mga motion artifact.Ang optical path ay nakatiklop upang magbigay ng beam expansion at isang numerical aperture na sapat upang makamit ang isang lateral na resolusyon na 1.1 µm.Ang mga fluorescent na larawan ng histological na kalidad ay nakuha sa regular na colonoscopy ng normal na colonic mucosa, tubular adenomas, hyperplastic polyps, ulcerative colitis, at Crohn's colitis.Maaaring makilala ang mga solong cell, kabilang ang mga colonocytes, goblet cell, at mga nagpapaalab na selula.Ang mga tampok ng mucosal tulad ng mga istruktura ng crypt, mga cavity ng crypt, at lamina propria ay maaaring makilala.Ang precision hardware ay micro-machined upang matiyak ang tumpak na pagkakahanay ng mga indibidwal na optical at mekanikal na bahagi sa loob ng 2.4mm diameter x 10mm na haba ng instrumento.Ang optical na disenyo ay sapat na binabawasan ang haba ng matibay na dulong dulo upang pahintulutan ang direktang pagpasa sa isang karaniwang sukat (3.2 mm diameter) na gumaganang channel sa mga medikal na endoscope.Samakatuwid, anuman ang tagagawa, ang aparato ay maaaring malawakang gamitin ng mga doktor sa lugar ng tirahan.Ang paggulo ay isinagawa sa λex = 488 nm upang pukawin ang fluorescein, isang inaprubahan ng FDA na tina, upang makakuha ng mataas na kaibahan.Ang instrumento ay muling naproseso nang walang mga problema para sa 18 na mga cycle gamit ang mga klinikal na tinatanggap na mga pamamaraan ng isterilisasyon.
Dalawang iba pang mga disenyo ng instrumento ang napatunayan sa klinika.Ang Cellvizio (Mauna Kea Technologies) ay isang probe-based confocal laser endoscope (pCLE) na gumagamit ng bundle ng multimode coherent fiber optic cables upang mangolekta at magpadala ng mga fluorescence na larawan1.Ang isang galvo mirror na matatagpuan sa base station ay nagsasagawa ng lateral scan sa proximal na dulo.Kinokolekta ang mga optical section sa horizontal (XY) plane na may lalim na 0 hanggang 70 µm.Available ang mga microprobe kit mula 0.91 (19 G needle) hanggang 5 mm ang diameter.Nakamit ang isang lateral na resolusyon na 1 hanggang 3.5 µm.Ang mga imahe ay nakolekta sa isang frame rate na 9 hanggang 12 Hz na may one-dimensional na field ng view mula 240 hanggang 600 µm.Ang platform ay ginamit nang klinikal sa iba't ibang bahagi kabilang ang bile duct, pantog, colon, esophagus, baga, at pancreas.Ang Optiscan Pty Ltd ay bumuo ng isang endoscope-based na confocal laser endoscope (eCLE) na may scanning engine na nakapaloob sa insertion tube (distal end) ng isang propesyonal na endoscope (EC-3870K, Pentax Precision Instruments) 17 .Ang optical section ay isinagawa gamit ang single-mode fiber, at ang side scanning ay isinagawa gamit ang isang cantilever mechanism sa pamamagitan ng resonant tuning fork.Ang isang Shape Memory Alloy (Nitinol) actuator ay ginagamit upang lumikha ng axial displacement.Ang kabuuang diameter ng confocal module ay 5 mm.Para sa pagtutok, ginagamit ang isang GRIN lens na may numerical aperture na NA = 0.6.Ang mga pahalang na imahe ay nakuha na may mga lateral at axial na resolusyon na 0.7 at 7 µm, ayon sa pagkakabanggit, sa isang frame rate na 0.8–1.6 Hz at isang larangan ng view na 500 µm × 500 µm.
Nagpapakita kami ng subcellular resolution sa vivo fluorescence imaging acquisition mula sa katawan ng tao sa pamamagitan ng medical endoscope gamit ang distal end MEMS scanner.Ang fluorescence ay nagbibigay ng mataas na contrast ng imahe, at ang mga ligand na nagbubuklod sa mga target sa ibabaw ng cell ay maaaring lagyan ng label ng mga fluorophores upang magbigay ng molecular identity para sa pinahusay na diagnosis ng sakit18.Ang iba pang mga optical technique para sa in vivo microendoscopy ay ginagawa din. Ginagamit ng OCT ang maikling haba ng pagkakaugnay-ugnay mula sa isang broadband light source para mangolekta ng mga larawan sa patayong eroplano na may lalim na >1 mm19. Ginagamit ng OCT ang maikling haba ng pagkakaugnay-ugnay mula sa isang broadband light source para mangolekta ng mga larawan sa patayong eroplano na may lalim na >1 mm19. ОКТ использует короткую длину когерентности широкополосного источника света для сбора изображений в вертикольки > мм19. Ginagamit ng OCT ang maikling coherence length ng isang broadband light source para makakuha ng mga larawan sa vertical plane na may >1 mm depth19. OCT 使用宽带光源的短相干长度来收集垂直平面中深度> 1 mm19 的图像。1 mm19 的图像. ОКТ использует короткую длину когерентности широкополосного источника света для сбора изображений на глульмий на глульмного кости. Ginagamit ng OCT ang maikling coherence length ng isang broadband light source para makakuha ng mga larawang >1 mm19 sa vertical plane.Gayunpaman, ang low-contrast na diskarte na ito ay umaasa sa backscattered light collection at ang resolution ng imahe ay nililimitahan ng speckle artifacts.Ang photoacoustic endoscopy ay bumubuo ng mga in vivo na imahe batay sa mabilis na thermoelastic expansion sa tissue pagkatapos ng pagsipsip ng isang laser pulse na bumubuo ng mga sound wave20. Ang diskarte na ito ay nagpakita ng lalim ng imaging> 1 cm sa colon ng tao sa vivo upang masubaybayan ang therapy. Ang diskarte na ito ay nagpakita ng lalim ng imaging> 1 cm sa colon ng tao sa vivo upang masubaybayan ang therapy. Этот подход продемонстрировал глубину визуализации > 1 см в толстой кишке человека in vivo для мониторинга терапии. Ang diskarte na ito ay nagpakita ng lalim ng imaging na> 1 cm sa colon ng tao sa vivo para sa pagsubaybay sa therapy.这种方法已经证明在体内人结肠中成像深度> 1 厘米以监测治疗。这种方法已经证明在体内人结肠中成像深度> 1 Этот подход был продемонстрирован на глубине изображения > 1 см в толстой кишке человека in vivo для мониторинга тераии. Ang diskarte na ito ay ipinakita sa lalim ng imaging> 1 cm sa colon ng tao sa vivo upang masubaybayan ang therapy.Ang kaibahan ay pangunahing ginawa ng hemoglobin sa vasculature.Ang multiphoton endoscopy ay bumubuo ng high-contrast na fluorescence na mga larawan kapag dalawa o higit pang NIR photon ang tumama sa tissue biomolecules nang sabay-sabay21. Ang diskarte na ito ay maaaring makamit ang lalim ng imaging> 1 mm na may mababang phototoxicity. Ang diskarte na ito ay maaaring makamit ang lalim ng imaging> 1 mm na may mababang phototoxicity. Этот подход может обеспечить глубину изображения > 1 мм с низкой фототоксичностью. Ang diskarte na ito ay maaaring magbigay ng lalim ng imahe > 1 mm na may mababang phototoxicity.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. Ang diskarte na ito ay maaaring magbigay ng lalim ng imahe > 1 mm na may mababang phototoxicity.Ang mataas na intensity na femtosecond laser pulse ay kinakailangan at ang pamamaraang ito ay hindi napatunayan sa klinika sa panahon ng endoscopy.
Sa prototype na ito, ang scanner ay gumaganap lamang ng lateral deflection, kaya ang optical na bahagi ay nasa horizontal (XY) plane.Ang aparato ay may kakayahang gumana sa mas mataas na frame rate (20 Hz) kaysa sa mga galvanic na salamin (12 Hz) sa Cellvizio system.Taasan ang frame rate para bawasan ang mga motion artifact at bawasan ang frame rate para palakasin ang signal.Ang mga high-speed at automated na algorithm ay kailangan para mabawasan ang malalaking motion artifact na dulot ng endoscopic motion, respiratory motion, at intestinal motility.Ang mga parametric resonant scanner ay ipinakita upang makamit ang mga axial displacement na lampas sa daan-daang microns22. Maaaring kolektahin ang mga larawan sa vertical plane (XZ), patayo sa mucosal surface, upang magbigay ng parehong view gaya ng histology (H&E). Maaaring kolektahin ang mga larawan sa vertical plane (XZ), patayo sa mucosal surface, upang magbigay ng parehong view gaya ng histology (H&E). Изображения могут быть получены в вертикальной плоскости (XZ), перпендикулярной поверхности слизисточкоч оболочоч оболоч изображение, как при гистологии (H&E). Maaaring kunin ang mga larawan sa isang vertical plane (XZ) na patayo sa mucosal surface upang magbigay ng parehong imahe tulad ng sa histology (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) 盆同。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 слизисточкоч оболочоч оболоч изображение, как при гистологическом исследовании (H&E). Maaaring kunin ang mga larawan sa isang vertical plane (XZ) na patayo sa mucosal surface upang magbigay ng parehong imahe bilang isang histological examination (H&E).Ang scanner ay maaaring ilagay sa isang post-objective na posisyon kung saan ang illumination beam ay bumabagsak sa pangunahing optical axis upang mabawasan ang sensitivity sa mga aberration8.Ang halos diffraction-limited na focal volume ay maaaring lumihis sa mga arbitraryong malalaking field ng view.Maaaring isagawa ang random na pag-scan sa pag-access upang ilihis ang mga reflector sa mga posisyong tinukoy ng user9.Maaaring bawasan ang field ng view upang i-highlight ang mga arbitrary na bahagi ng larawan, pagpapabuti ng signal-to-noise ratio, contrast, at frame rate.Maaaring gawing mass-produce ang mga scanner gamit ang mga simpleng proseso.Daan-daang mga aparato ang maaaring gawin sa bawat silicon wafer upang mapataas ang produksyon para sa murang mass production at malawak na pamamahagi.
Ang folded light path ay binabawasan ang laki ng matibay na dulong dulo, na ginagawang mas madaling gamitin ang endoscope bilang isang accessory sa panahon ng regular na colonoscopy.Sa mga fluorescent na imahe na ipinakita, ang mga subcellular na tampok ng mucosa ay makikita upang makilala ang tubular adenomas (precancerous) mula sa hyperplastic polyps (benign).Iminumungkahi ng mga resultang ito na maaaring mabawasan ng endoscopy ang bilang ng mga hindi kinakailangang biopsy23.Ang mga pangkalahatang komplikasyon na nauugnay sa operasyon ay maaaring mabawasan, ang mga agwat ng pagsubaybay ay maaaring ma-optimize, at ang histological analysis ng mga maliliit na sugat ay maaaring mabawasan.Nagpapakita rin kami ng mga in vivo na larawan ng mga pasyenteng may nagpapaalab na sakit sa bituka, kabilang ang ulcerative colitis (UC) at Crohn's colitis.Ang conventional white light colonoscopy ay nagbibigay ng macroscopic view ng mucosal surface na may limitadong kakayahan upang tumpak na masuri ang mucosal healing.Maaaring gamitin ang endoscopy sa vivo upang suriin ang bisa ng mga biological na therapy tulad ng mga anti-TNF24 antibodies.Ang tumpak na pagtatasa sa vivo ay maaari ding mabawasan o maiwasan ang pag-ulit ng sakit at mga komplikasyon tulad ng operasyon at pagbutihin ang kalidad ng buhay.Walang malubhang masamang reaksyon ang naiulat sa mga klinikal na pag-aaral na nauugnay sa paggamit ng mga endoscope na naglalaman ng fluorescein sa vivo25. Ang lakas ng laser sa mucosal surface ay limitado sa <2 mW upang mabawasan ang panganib para sa thermal injury at matugunan ang mga kinakailangan ng FDA para sa hindi makabuluhang panganib26 bawat 21 CFR 812. Ang kapangyarihan ng laser sa ibabaw ng mucosal ay limitado sa <2 mW upang mabawasan ang panganib para sa thermal injury at matugunan ang mga kinakailangan ng FDA para sa hindi makabuluhang panganib26 bawat 21 CFR 812. Мощность лазера на поверхности слизистой оболочки была ограничена до <2 мВт, чтобы свести к минимуму риск термдичесто овать требованиям FDA относительно незначительного риска26 согласно 21 CFR 812. Ang lakas ng laser sa mucosal surface ay limitado sa <2 mW upang mabawasan ang panganib ng thermal damage at matugunan ang mga kinakailangan ng FDA para sa hindi gaanong panganib26 sa ilalim ng 21 CFR 812.粘膜表面的激光功率限制在<2 mW，以最大限度地降低热损伤风险，并满足FDA 21 CFR 并满足FDA 21 CFR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 минимуму риск термдичесто овать требованиям FDA 21 CFR 812 относительно незначительного риска26. Ang lakas ng laser sa ibabaw ng mucosal ay limitado sa <2 mW upang mabawasan ang panganib ng thermal damage at matugunan ang mga kinakailangan ng FDA 21 CFR 812 para sa hindi gaanong panganib26.
Maaaring baguhin ang disenyo ng instrumento upang mapabuti ang kalidad ng imahe.Available ang mga espesyal na optika upang bawasan ang spherical aberration, pagbutihin ang resolution ng imahe at pataasin ang distansya sa pagtatrabaho.Maaaring i-tune ang SIL upang mas mahusay na tumugma sa refractive index ng tissue (~1.4) upang mapabuti ang light coupling.Maaaring iakma ang dalas ng drive upang mapataas ang lateral na anggulo ng scanner at palawakin ang field ng view ng imahe.Maaari kang gumamit ng mga automated na pamamaraan upang alisin ang mga frame ng isang imahe na may makabuluhang paggalaw upang mabawasan ang epektong ito.Gagamitin ang field-programmable gate array (FPGA) na may high-speed data acquisition para makapagbigay ng high-performance na real-time na full-frame correction.Para sa mas malaking klinikal na utility, ang mga automated na pamamaraan ay dapat magtama para sa phase shift at motion artifact para sa real-time na interpretasyon ng imahe.Ang isang monolithic 3-axis parametric resonant scanner ay maaaring ipatupad upang ipakilala ang axial scanning 22 . Ang mga device na ito ay binuo upang makamit ang walang uliran na vertical displacement >400 µm sa pamamagitan ng pag-tune ng drive frequency sa isang rehimen na nagtatampok ng halo-halong softening/stiffening dynamics27. Ang mga device na ito ay binuo upang makamit ang walang uliran na vertical displacement >400 µm sa pamamagitan ng pag-tune ng drive frequency sa isang rehimen na nagtatampok ng halo-halong softening/stiffening dynamics27. Эти устройства были разработаны для достижения беспрецедентного вертикального смещения > 400 мкм путем путем настройкибда оторый характеризуется смешанной динамикой смягчения/жесткости27. Ang mga device na ito ay idinisenyo upang makamit ang isang hindi pa nagagawang vertical displacement na >400 µm sa pamamagitan ng pagtatakda ng drive frequency sa isang mode na nailalarawan sa pamamagitan ng mixed soft/hard dynamics27.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有混合软化/硬化动力学的状态下调整驱动有网>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 颎态的> 400 µm 的 垂直 位移 27. Эти устройства были разработаны для достижения беспрецедентных вертикальных смещений >400 мкм путем путем настройки частотмат ​​шанной кинетикой размягчения/затвердевания27. Ang mga device na ito ay idinisenyo upang makamit ang mga hindi pa naganap na vertical displacement >400 µm sa pamamagitan ng pagsasaayos ng trigger frequency sa mixed softening/hardening kinetics mode27.Sa hinaharap, ang vertical transverse imaging ay maaaring makatulong sa pagsisimula ng maagang cancer (T1a).Maaaring ipatupad ang isang capacitive sensing circuit upang subaybayan ang paggalaw ng scanner at itama para sa phase shift 28 .Maaaring palitan ng awtomatikong phase calibration gamit ang sensor circuit ang manu-manong pagkakalibrate ng instrumento bago gamitin.Ang pagiging maaasahan ng instrumento ay maaaring mapabuti sa pamamagitan ng paggamit ng mas maaasahang mga instrumento sa sealing upang madagdagan ang bilang ng mga ikot ng pagproseso.Nangangako ang teknolohiya ng MEMS na pabilisin ang paggamit ng mga endoscope para sa pag-visualize sa epithelium ng mga hollow organ, pag-diagnose ng sakit, at pagsubaybay sa paggamot sa isang minimally invasive na paraan.Sa karagdagang pag-unlad, ang bagong imaging modality na ito ay maaaring maging isang murang solusyon na gagamitin bilang pandagdag sa mga medikal na endoscope para sa agarang pagsusuri sa histological at sa kalaunan ay maaaring palitan ang tradisyonal na pathological analysis.
Ginawa ang mga simulation ng ray tracing gamit ang ZEMAX optical design software (bersyon 2013) upang matukoy ang mga parameter ng nakatutok na optika.Kasama sa mga pamantayan sa disenyo ang malapit-diffractive axial resolution, working distance = 0 µm, at field of view (FOV) na mas malaki sa 250 × 250 µm2.Para sa paggulo sa isang wavelength λex = 488 nm, ginamit ang isang single-mode fiber (SMF).Ang mga achromatic doublets ay ginagamit upang bawasan ang pagkakaiba-iba ng koleksyon ng fluorescence (Larawan 5a).Ang beam ay dumadaan sa SMF na may mode field diameter na 3.5 μm at walang truncation ay dumadaan sa gitna ng reflector na may diameter ng aperture na 50 μm.Gumamit ng hard immersion (hemispherical) lens na may mataas na refractive index (n = 2.03) para mabawasan ang incident beam spherical aberration at matiyak ang buong contact sa mucosal surface.Nagbibigay ang focusing optics ng kabuuang NA = 0.41, kung saan ang NA = nsinα, n ay ang refractive index ng tissue, ang α ay ang maximum na anggulo ng convergence ng beam.Ang diffraction-limited lateral at axial resolution ay 0.44 at 6.65 µm, ayon sa pagkakabanggit, gamit ang NA = 0.41, λ = 488 nm, at n = 1.3313.Isinaalang-alang lamang ang mga available na komersyal na lens na may panlabas na diameter (OD) ≤ 2 mm.Ang optical path ay nakatiklop, at ang beam na umaalis sa SMF ay dumadaan sa gitnang siwang ng scanner at naaaninag pabalik ng isang nakapirming salamin (0.29 mm ang lapad).Ang pagsasaayos na ito ay nagpapaikli sa haba ng matibay na dulong dulo upang mapadali ang pagpasa ng endoscope sa pamamagitan ng karaniwang (3.2 mm diameter) na gumaganang channel ng mga medikal na endoscope.Ang tampok na ito ay ginagawang madaling gamitin bilang isang accessory sa panahon ng regular na endoscopy.
Nakatuping gabay sa ilaw at packaging ng endoscope.(a) Ang excitation beam ay lumabas sa OBC at dumaan sa gitnang siwang ng scanner.Ang sinag ay pinalawak at ipinapakita mula sa isang nakapirming pabilog na salamin pabalik sa scanner para sa lateral deflection.Ang focusing optics ay binubuo ng isang pares ng achromatic doublet lens at isang solid immersion (hemispherical) lens na nagbibigay ng contact sa mucosal surface.ZEMAX 2013 (https://www.zemax.com/) para sa optical na disenyo at ray tracing simulation.(b) Ipinapakita ang lokasyon ng iba't ibang bahagi ng instrumento, kabilang ang single mode fiber (SMF), scanner, salamin, at lente.Ginamit ang Solidworks 2016 (https://www.solidworks.com/) para sa 3D na pagmomodelo ng endoscope packaging.
Ang isang SMF (#460HP, Thorlabs) na may mode field diameter na 3.5 µm sa wavelength na 488 nm ay ginamit bilang isang "butas" para sa spatial na pagsala ng defocused na ilaw (Fig. 5b).Ang mga SMF ay nakapaloob sa mga flexible polymer tubes (#Pebax 72D, Nordson MEDICAL).Ang haba na humigit-kumulang 4 na metro ay ginagamit upang matiyak ang sapat na distansya sa pagitan ng pasyente at ng imaging system.Ang isang pares ng 2 mm MgF2 coated achromatic doublet lens (#65568, #65567, Edmund Optics) at isang 2 mm uncoated hemispherical lens (#90858, Edmund Optics) ay ginamit upang ituon ang beam at mangolekta ng fluorescence.Magpasok ng stainless steel end tube (4 mm ang haba, 2.0 mm OD, 1.6 mm ID) sa pagitan ng resin at ng panlabas na tubo upang ihiwalay ang pag-vibrate ng scanner.Gumamit ng mga medikal na pandikit upang protektahan ang instrumento mula sa mga likido sa katawan at mga pamamaraan sa paghawak.Gumamit ng heat shrink tubing upang protektahan ang mga konektor.
Ang compact scanner ay ginawa sa prinsipyo ng parametric resonance.Mag-etch ng 50 µm aperture sa gitna ng reflector para maihatid ang excitation beam.Gamit ang isang hanay ng mga quadrature comb-driven drive, ang pinalawak na beam ay pinalihis nang pahalang sa orthogonal na direksyon (XY plane) sa Lissajous mode.Ginamit ang data acquisition board (#DAQ PCI-6115, NI) para makabuo ng mga analog signal para makontrol ang scanner.Ang kapangyarihan ay ibinigay ng isang mataas na boltahe na amplifier (#PDm200, PiezoDrive) sa pamamagitan ng manipis na mga wire (#B4421241, MWS Wire Industries).Gumawa ng mga kable sa electrode armature.Gumagana ang scanner sa mga frequency na malapit sa 15 kHz (fast axis) at 4 kHz (slow axis) upang makamit ang FOV hanggang 250 µm × 250 µm.Maaaring kunan ng video ang frame rate na 10, 16, o 20 Hz.Ang mga frame rate na ito ay ginagamit upang tumugma sa rate ng pag-uulit ng Lissajous scan pattern, na nakadepende sa halaga ng X at Y na mga dalas ng paggulo ng scanner29.Ang mga detalye ng mga trade-off sa pagitan ng frame rate, pixel resolution, at scan pattern density ay ipinakita sa aming nakaraang gawain14.
Ang isang solid state laser (#OBIS 488 LS, coherent) ay nagbibigay ng λex = 488 nm upang pukawin ang fluorescein para sa contrast ng imahe (Fig. 6a).Ang mga optical pigtail ay konektado sa unit ng filter sa pamamagitan ng mga konektor ng FC/APC (pagkawala ng 1.82 dB) (Larawan 6b).Ang sinag ay pinalihis ng isang dichroic mirror (#WDM-12P-111-488/500:600, Oz Optics) sa SMF sa pamamagitan ng isa pang FC/APC connector.Alinsunod sa 21 CFR 812, ang kapangyarihan ng insidente sa tissue ay limitado sa maximum na 2 mW upang matugunan ang mga kinakailangan ng FDA para sa hindi gaanong panganib.Ang fluorescence ay dumaan sa isang dichroic mirror at isang mahabang transmission filter (#BLP01-488R, Semrock).Ang fluorescence ay ipinadala sa isang photomultiplier tube (PMT) detector (#H7422-40, Hamamatsu) sa pamamagitan ng isang FC/PC connector gamit ang isang ~1 m long multimode fiber na may 50 µm core diameter.Ang mga fluorescent signal ay pinalakas ng isang high speed current amplifier (#59-179, Edmund Optics).Ang espesyal na software (LabVIEW 2021, NI) ay binuo para sa real-time na data acquisition at pagpoproseso ng imahe.Ang mga setting ng laser power at PMT gain ay tinutukoy ng microcontroller (#Arduino UNO, Arduino) gamit ang isang espesyal na naka-print na circuit board.Ang SMF at mga wire ay nagwawakas sa mga konektor at kumonekta sa fiber optic (F) at wired (W) na mga port sa base station (Figure 6c).Ang sistema ng imaging ay nakapaloob sa isang portable cart (Larawan 6d). Ginamit ang isang isolation transformer upang limitahan ang kasalukuyang pagtagas sa <500 μA. Ginamit ang isang isolation transformer upang limitahan ang kasalukuyang pagtagas sa <500 μA. Для ограничения тока утечки до <500 мкА использовался изолирующий трансформатор. Ginamit ang isolation transformer upang limitahan ang leakage current sa <500 μA.使用隔离变压器将泄漏电流限制在<500 μA。 <500 μA. Используйте изолирующий трансформатор, чтобы ограничить ток утечки до <500 мкА. Gumamit ng isolation transformer para limitahan ang leakage current sa <500µA.
sistema ng visualization.(a) Ang PMT, laser at amplifier ay nasa base station.(b) Sa filter bank, ang laser (asul) ay nagmamaneho sa ibabaw ng fiber optic cable sa pamamagitan ng FC/APC connector.Ang sinag ay pinalihis ng isang dichroic mirror (DM) sa isang solong mode fiber (SMF) sa pamamagitan ng pangalawang FC/APC connector.Ang fluorescence (berde) ay dumadaan sa DM at long pass filter (LPF) patungo sa PMT sa pamamagitan ng multimode fiber (MMF).(c) Ang proximal na dulo ng endoscope ay konektado sa fiber optic (F) at wired (W) port ng base station.(d) Endoscope, monitor, base station, computer, at isolation transformer sa isang portable cart.(a, c) Ginamit ang Solidworks 2016 para sa 3D na pagmomodelo ng imaging system at mga bahagi ng endoscope.
Ang lateral at axial na resolution ng focusing optics ay sinusukat mula sa point spread function ng fluorescent microspheres (#F8803, Thermo Fisher Scientific) na 0.1 µm ang lapad.Mangolekta ng mga larawan sa pamamagitan ng pagsasalin ng mga microsphere nang pahalang at patayo sa 1 µm na mga hakbang gamit ang isang linear na yugto (# M-562-XYZ, DM-13, Newport).Stack ng imahe gamit ang ImageJ2 upang makakuha ng mga cross-sectional na larawan ng mga microsphere.
Ang espesyal na software (LabVIEW 2021, NI) ay binuo para sa real-time na data acquisition at pagpoproseso ng imahe.Sa fig.Ang 7 ay nagpapakita ng isang pangkalahatang-ideya ng mga nakagawiang ginagamit upang patakbuhin ang system.Ang user interface ay binubuo ng data acquisition (DAQ), pangunahing panel at controller panel.Nakikipag-ugnayan ang panel ng pagkolekta ng data sa pangunahing panel upang mangolekta at mag-imbak ng raw data, magbigay ng input para sa mga setting ng custom na pagkolekta ng data, at pamahalaan ang mga setting ng driver ng scanner.Ang pangunahing panel ay nagbibigay-daan sa user na piliin ang gustong configuration para sa paggamit ng endoscope, kabilang ang scanner control signal, video frame rate, at acquisition parameters.Ang panel na ito ay nagpapahintulot din sa user na ipakita at kontrolin ang liwanag at contrast ng larawan.Gamit ang raw data bilang input, kinakalkula ng algorithm ang pinakamainam na setting ng gain para sa PMT at awtomatikong inaayos ang parameter na ito gamit ang isang proportional-integral (PI)16 feedback control system.Nakikipag-ugnayan ang controller board sa main board at sa data acquisition board para kontrolin ang laser power at PMT gain.
Arkitektura ng software ng system.Ang user interface ay binubuo ng mga module (1) data acquisition (DAQ), (2) main panel at (3) controller panel.Ang mga programang ito ay tumatakbo nang sabay-sabay at nakikipag-usap sa isa't isa sa pamamagitan ng mga pila ng mensahe.Ang susi ay MEMS: Microelectromechanical System, TDMS: Technical Data Control Flow, PI: Proportional Integral, PMT: Photomultiplier.Ang mga file ng imahe at video ay naka-save sa BMP at AVI na mga format, ayon sa pagkakabanggit.
Ang isang phase correction algorithm ay ginagamit upang kalkulahin ang dispersion ng mga pixel intensity ng imahe sa iba't ibang mga phase value upang matukoy ang maximum na halaga na ginamit upang patalasin ang imahe.Para sa real-time na pagwawasto, ang phase scan range ay ±2.86° na may medyo malaking hakbang na 0.286° upang bawasan ang oras ng pag-compute.Bilang karagdagan, ang paggamit ng mga bahagi ng larawan na may mas kaunting mga sample ay higit na nagpapababa sa oras ng computation ng frame ng larawan mula 7.5 segundo (1 Msample) hanggang 1.88 segundo (250 Ksample) sa 10 Hz.Ang mga parameter ng input na ito ay pinili upang magbigay ng sapat na kalidad ng imahe na may kaunting latency sa panahon ng in vivo imaging.Ang mga live na larawan at video ay naitala sa BMP at AVI na mga format, ayon sa pagkakabanggit.Ang raw data ay nakaimbak sa Technical Data Management Flow Format (TMDS).
Post-processing ng in vivo images para sa pagpapahusay ng kalidad gamit ang LabVIEW 2021. Limitado ang katumpakan kapag gumagamit ng mga phase correction algorithm sa panahon ng in vivo imaging dahil sa mahabang oras ng computation na kinakailangan.Limitado lang ang mga lugar ng larawan at mga sample na numero ang ginagamit.Bilang karagdagan, hindi gumagana nang maayos ang algorithm para sa mga larawang may mga artifact ng paggalaw o mababang contrast at humahantong sa mga error sa pagkalkula ng phase30.Ang mga indibidwal na frame na may mataas na contrast at walang motion artifact ay manu-manong pinili para sa phase fine tuning na may hanay ng phase scan na ±0.75° sa 0.01° na hakbang.Ang buong lugar ng imahe ay ginamit (hal., 1 Msample ng isang imahe na naitala sa 10 Hz).Idinetalye ng Table S2 ang mga parameter ng imahe na ginagamit para sa real-time at post-processing.Pagkatapos ng phase correction, ginagamit ang isang median na filter upang higit pang mabawasan ang ingay ng imahe.Ang liwanag at contrast ay higit na pinahuhusay ng histogram stretching at gamma correction31.
Ang mga klinikal na pagsubok ay inaprubahan ng Michigan Medical Institutions Review Board at isinagawa sa Department of Medical Procedures.Ang pag-aaral na ito ay nakarehistro online sa ClinicalTrials.gov (NCT03220711, petsa ng pagpaparehistro: 07/18/2017).Kasama sa pamantayan sa pagsasama ang mga pasyente (may edad na 18 hanggang 100 taon) na may dati nang binalak na elective colonoscopy, mas mataas na panganib ng colorectal cancer, at isang kasaysayan ng inflammatory bowel disease.Nakuha ang may kaalamang pahintulot mula sa bawat paksa na sumang-ayon na lumahok.Ang pamantayan sa pagbubukod ay ang mga pasyenteng buntis, nagkaroon ng kilalang hypersensitivity sa fluorescein, o sumasailalim sa aktibong chemotherapy o radiation therapy.Kasama sa pag-aaral na ito ang magkakasunod na pasyente na naka-iskedyul para sa regular na colonoscopy at kinatawan ng populasyon ng Michigan Medical Center.Ang pag-aaral ay isinagawa alinsunod sa Deklarasyon ng Helsinki.
Bago ang operasyon, i-calibrate ang endoscope gamit ang 10 µm fluorescent beads (#F8836, Thermo Fisher Scientific) na naka-mount sa silicone molds.Isang translucent silicone sealant (#RTV108, Momentive) ang ibinuhos sa isang 3D na naka-print na 8 cm3 plastic mold.I-drop ang water fluorescent beads sa ibabaw ng silicone at umalis hanggang matuyo ang medium ng tubig.
Ang buong colon ay sinuri gamit ang isang karaniwang medikal na colonoscope (Olympus, CF-HQ190L) na may puting liwanag na pag-iilaw.Matapos matukoy ng endoscopist ang lugar ng di-umano'y sakit, ang lugar ay hugasan ng 5-10 ml ng 5% acetic acid, at pagkatapos ay may sterile na tubig upang alisin ang uhog at mga labi.Ang 5 ml na dosis ng 5 mg/ml fluorescein (Alcon, Fluorescite) ay na-injected sa intravenously o na-spray nang topically sa mucosa gamit ang isang standard cannula (M00530860, Boston Scientific) na ipinasa sa gumaganang channel.
Gumamit ng irrigator upang i-flush ang labis na dye o debris mula sa mucosal surface.Alisin ang nebulizing catheter at ipasa ang endoscope sa gumaganang channel upang makakuha ng ante-mortem na mga imahe.Gumamit ng malawak na patlang na endoscopic na gabay upang iposisyon ang distal na dulo sa target na lugar. Ang kabuuang oras na ginamit upang mangolekta ng mga confocal na larawan ay <10 min. Ang kabuuang oras na ginamit upang mangolekta ng mga confocal na larawan ay <10 min. Общее время, затраченное на сбор конфокальных изображений, составило <10 мин. Ang kabuuang oras na kinuha upang mangolekta ng mga confocal na larawan ay <10 min.Ang kabuuang oras ng pagkuha para sa mga confocal na larawan ay mas mababa sa 10 minuto.Ang endoscopic white light na video ay naproseso gamit ang Olympus EVIS EXERA III (CLV-190) imaging system at naitala gamit ang isang Elgato HD video recorder.Gamitin ang LabVIEW 2021 para mag-record at mag-save ng mga endoscopy na video.Matapos makumpleto ang imaging, ang endoscope ay aalisin at ang tissue na makikita ay i-excised gamit ang biopsy forceps o isang snare. Ang mga tisyu ay naproseso para sa nakagawiang histology (H&E), at nasuri ng isang dalubhasang GI pathologist (HDA). Ang mga tisyu ay naproseso para sa nakagawiang histology (H&E), at nasuri ng isang dalubhasang GI pathologist (HDA). Ткани были обработаны для обычной гистологии (H&E) at оценены экспертом-патологом желудочно-кишечного (HD тракта). Ang mga tissue ay naproseso para sa nakagawiang histology (H&E) at nasuri ng isang dalubhasang gastrointestinal pathologist (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) at оценены экспертом-патологом желудочно-кишечного (HD тракта). Ang mga tissue ay naproseso para sa nakagawiang histology (H&E) at nasuri ng isang dalubhasang gastrointestinal pathologist (HDA).Ang mga spectral na katangian ng fluorescein ay nakumpirma gamit ang isang spectrometer (USB2000+, Ocean Optics) tulad ng ipinapakita sa Figure S2.
Ang mga endoscope ay isterilisado pagkatapos ng bawat paggamit ng mga tao (Larawan 8).Ang mga pamamaraan sa paglilinis ay isinagawa sa ilalim ng direksyon at pag-apruba ng Department of Infection Control and Epidemiology ng Michigan Medical Center at ng Central Sterile Processing Unit. Bago ang pag-aaral, ang mga instrumento ay sinubukan at na-validate para sa isterilisasyon ng Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), isang komersyal na entity na nagbibigay ng mga serbisyo sa pag-iwas sa impeksyon at sterilization validation. Bago ang pag-aaral, ang mga instrumento ay sinubukan at na-validate para sa isterilisasyon ng Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), isang komersyal na entity na nagbibigay ng mga serbisyo sa pag-iwas sa impeksyon at sterilization validation. Перед исследованием инструменты были протестированы и одобрены для стерилизации компанией Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), комгоникачец ющей услуги по профилактике инфекций и проверке стерилизации. Bago ang pag-aaral, ang mga instrumento ay sinubukan at inaprubahan para sa isterilisasyon ng Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), isang komersyal na organisasyon na nagbibigay ng mga serbisyo sa pag-iwas sa impeksyon at sterilization verification. Перед исследованием инструменты были стерилизованы и проверены Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), коммерческой организацией, колтопростроя лактике инфекций и проверке стерилизации. Ang mga instrumento ay isterilisado at siniyasat bago pag-aralan ng Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), isang komersyal na organisasyon na nagbibigay ng mga serbisyo sa pag-iwas sa impeksyon at sterilization verification.
Pag-recycle ng kasangkapan.(a) Ang mga endoscope ay inilalagay sa mga tray pagkatapos ng bawat isterilisasyon gamit ang proseso ng pagpoproseso ng STERRAD.(b) Ang SMF at mga wire ay winakasan gamit ang fiber optic at electrical connectors, ayon sa pagkakabanggit, na sarado bago muling iproseso.
Linisin ang mga endoscope sa pamamagitan ng paggawa ng mga sumusunod: (1) punasan ang endoscope ng walang lint na tela na binasa sa isang enzymatic cleaner mula proximal hanggang distal;(2) Ilubog ang instrumento sa enzymatic detergent solution sa loob ng 3 minuto na may tubig.walang lint na tela.Ang mga de-koryenteng at fiber optic connectors ay sakop at inalis mula sa solusyon;(3) Ang endoscope ay nakabalot at inilagay sa tray ng instrumento para sa isterilisasyon gamit ang STERRAD 100NX, hydrogen peroxide gas plasma.medyo mababang temperatura at mababang kahalumigmigan na kapaligiran.
Ang mga dataset na ginamit at/o nasuri sa kasalukuyang pag-aaral ay makukuha mula sa kani-kanilang mga may-akda sa makatwirang kahilingan.
Pilonis, ND, Januszewicz, W. & di Pietro, M. Confocal laser endomicroscopy sa gastro-intestinal endoscopy: Mga teknikal na aspeto at klinikal na aplikasyon. Pilonis, ND, Januszewicz, W. & di Pietro, M. Confocal laser endomicroscopy sa gastro-intestinal endoscopy: Mga teknikal na aspeto at klinikal na aplikasyon.Pilonis, ND, Januszewicz, V. i di Pietro, M. Confocal laser endomicroscopy sa gastrointestinal endoscopy: teknikal na aspeto at klinikal na aplikasyon. Pilonis, ND, Januszewicz, W. & di Pietro, M. 胃肠内窥镜检查中的共聚焦激光内窥镜检查：技术方面和和。 Pilonis, ND, Januszewicz, W. & di Pietro, M. 共载肠分别在在在共公司设计在在机机：Mga teknikal na aspeto at klinikal na aplikasyon.Pilonis, ND, Januszewicz, V. i di Pietro, M. Confocal laser endoscopy sa gastrointestinal endoscopy: teknikal na aspeto at klinikal na aplikasyon.pagsasalin gastrointestinal heparin.7, 7 (2022).
Al-Mansour, MR et al.Pagsusuri sa Kaligtasan at Kahusayan ng SAGES TAVAC Confocal Laser Endomicroscopy.Operasyon.Endoscopy 35, 2091–2103 (2021).
Fugazza, A. et al.Confocal laser endoscopy sa gastrointestinal at pancreatobiliary na sakit: isang sistematikong pagsusuri at meta-analysis.Biomedical Science.tangke ng imbakan.panloob 2016, 4638683 (2016).