Nature.com'u ziyaret ettiğiniz için teşekkür ederiz.Sınırlı CSS desteğine sahip bir tarayıcı sürümü kullanıyorsunuz.En iyi deneyim için güncellenmiş bir tarayıcı kullanmanızı (veya Internet Explorer'da Uyumluluk Modunu devre dışı bırakmanızı) öneririz.Ayrıca sürekli desteği sağlamak için siteyi stiller ve JavaScript olmadan gösteriyoruz.
Aynı anda üç slayttan oluşan bir atlıkarınca görüntüler.Aynı anda üç slaytta ilerlemek için Önceki ve Sonraki düğmelerini kullanın veya aynı anda üç slaytta ilerlemek için sondaki kaydırma düğmelerini kullanın.
Konfokal lazer endoskopi, gerçek zamanlı optik biyopsinin yeni bir yöntemidir.İçi boş organların epitelinden histolojik kalitede floresan görüntüler anında elde edilebilir.Günümüzde tarama, klinik uygulamada yaygın olarak kullanılan, odak kontrolünde sınırlı esneklikle birlikte, prob bazlı aletlerle proksimal olarak gerçekleştirilmektedir.Yüksek hızlı yanal sapma gerçekleştirmek için endoskopun distal ucuna monte edilmiş bir parametrik rezonans tarayıcının kullanımını gösteriyoruz.Işık yolunu yuvarlamak için reflektörün ortasına bir delik açılmıştır.Bu tasarım, cihazın boyutunu 2,4 mm çapa ve 10 mm uzunluğa düşürerek standart tıbbi endoskopların çalışma kanalından ileriye doğru geçirilmesine olanak tanır.Kompakt lens sırasıyla 1,1 ve 13,6 µm yanal ve eksenel çözünürlük sağlar.20 Hz'e kadar kare hızlarında 0 µm çalışma mesafesi ve 250 µm × 250 µm görüş alanı elde edilir.488 nm'deki uyarım, yüksek doku kontrastı için FDA onaylı bir boya olan floresanı uyarır.Endoskoplar, klinik olarak onaylanmış sterilizasyon yöntemleri kullanılarak 18 döngü boyunca hatasız olarak yeniden işlenmiştir.Rutin kolonoskopi sırasında normal kolon mukozası, tübüler adenomlar, hiperplastik polipler, ülseratif kolit ve Crohn kolitinden floresan görüntüler elde edildi.Kolonositler, goblet hücreleri ve inflamatuar hücreler dahil olmak üzere tek hücreler tanımlanabilir.Kript yapıları, kript boşlukları ve lamina propria gibi mukozal özellikler ayırt edilebilir.Cihaz geleneksel endoskopiye yardımcı olarak kullanılabilir.
Konfokal lazer endoskopi, rutin endoskopiye yardımcı olarak klinik kullanım için geliştirilen yeni bir görüntüleme yöntemidir1,2,3.Bu esnek, fiber optik bağlantılı cihazlar, kolon gibi içi boş organları kaplayan epitelyal hücrelerdeki hastalıkları tespit etmek için kullanılabilir.Bu ince doku tabakası metabolik açıdan oldukça aktiftir ve kanser, enfeksiyon ve iltihaplanma gibi birçok hastalık sürecinin kaynağıdır.Endoskopi, klinisyenlerin klinik kararlar almasına yardımcı olmak için gerçek zamanlı, histolojik kaliteye yakın kalitede in vivo görüntüler sağlayarak hücre altı çözünürlüğe ulaşabilir.Fiziksel doku biyopsisi kanama ve delinme riski taşır.Çoğunlukla çok fazla veya çok az biyopsi örneği toplanır.Alınan her numune cerrahi maliyeti arttırmaktadır.Örneğin bir patolog tarafından değerlendirilmesi birkaç gün sürer.Patoloji sonucunun beklendiği günlerde hastalar sıklıkla kaygı yaşarlar.Bunun aksine, MRI, CT, PET, SPECT ve ultrason gibi diğer klinik görüntüleme yöntemleri, epitelyal süreçleri in vivo olarak gerçek zamanlı, hücre altı çözünürlükle görselleştirmek için gereken uzaysal çözünürlük ve zamansal hızdan yoksundur.
Sonda bazlı bir alet (Cellvizio) şu anda kliniklerde “optik biyopsi” gerçekleştirmek için yaygın olarak kullanılmaktadır.Tasarım, floresan görüntüleri toplayan ve ileten, mekansal olarak tutarlı bir fiber optik demete4 dayanmaktadır.Tek fiber çekirdek, hücre içi çözünürlük için odaklanmamış ışığı mekansal olarak filtrelemek için bir "delik" görevi görür.Tarama proksimal olarak büyük, hacimli bir galvanometre kullanılarak gerçekleştirilir.Bu hüküm, odak kontrol aracının yeteneğini sınırlar.Erken epitelyal karsinomun uygun evrelemesi, istilayı değerlendirmek ve uygun tedaviyi belirlemek için doku yüzeyinin altında görselleştirmeyi gerektirir.FDA onaylı bir kontrast maddesi olan fluorescein, epitelyumun yapısal özelliklerini vurgulamak için intravenöz olarak uygulanır. Bu endomikroskopların çapı 2,4 mm'den küçüktür ve standart tıbbi endoskopların biyopsi kanalından kolayca ilerletilebilir. Bu endomikroskopların çapı 2,4 mm'den küçüktür ve standart tıbbi endoskopların biyopsi kanalından kolayca ilerletilebilir. Эти эндомикроскопы имеют размеры <2,4 мм в diametere ve могут быть легко проведены через биопсийный стандарт ных медицинских эндоскопов. Bu endomikroskopların çapı <2,4 mm'dir ve standart tıbbi endoskopların biyopsi kanalından kolaylıkla geçirilebilir.Bu boroskopların çapı 2,4 mm'den küçüktür ve standart tıbbi boreskopların biyopsi kanalından kolaylıkla geçerler.Bu esneklik çok çeşitli klinik uygulamalara olanak tanır ve endoskop üreticilerinden bağımsızdır.Bu görüntüleme cihazı kullanılarak yemek borusu, mide, kolon ve ağız boşluğu kanserlerinin erken tespiti de dahil olmak üzere çok sayıda klinik çalışma yapılmıştır.Görüntüleme protokolleri geliştirilmiş ve işlemin güvenliği sağlanmıştır.
Mikroelektromekanik sistemler (MEMS), endoskopların distal ucunda kullanılan küçük tarama mekanizmalarının tasarlanması ve üretilmesi için güçlü bir teknolojidir.Bu konum (proksimale göre) odak konumunun kontrolünde daha fazla esneklik sağlar5,6.Yanal sapmaya ek olarak, distal mekanizma aynı zamanda eksenel taramalar, amaç sonrası taramalar ve rastgele erişimli taramalar da gerçekleştirebilir.Bu yetenekler, dikey kesitsel görüntüleme7, geniş görüş alanı (FOV)8 sapmasız tarama ve kullanıcı tanımlı alt bölgelerde9 gelişmiş performans dahil olmak üzere daha kapsamlı epitel hücre sorgulamasına olanak tanır.MEMS, tarama motorunun cihazın uzak ucundaki sınırlı alanla paketlenmesi gibi ciddi bir sorunu çözmektedir.Hacimli galvanometrelerle karşılaştırıldığında MEMS, küçük boyutta, yüksek hızda ve düşük güç tüketiminde üstün performans sağlar.Basit bir üretim sürecinin ölçeği, düşük maliyetle seri üretime dönüştürülebilir.Birçok MEMS tasarımı daha önce rapor edilmiştir10,11,12.Teknolojilerin hiçbiri, tıbbi bir endoskopun çalışma kanalı aracılığıyla gerçek zamanlı in vivo görüntülemenin yaygın klinik kullanımını mümkün kılacak kadar yeterince geliştirilmemiştir.Burada, rutin klinik endoskopi sırasında in vivo insan görüntüsü elde etmek için endoskopun distal ucunda bir MEMS tarayıcının kullanımını göstermeyi amaçlıyoruz.
Benzer histolojik özelliklere sahip gerçek zamanlı in vivo floresan görüntüleri toplamak için distal uçta bir MEMS tarayıcı kullanılarak bir fiber optik alet geliştirildi.Tek modlu bir fiber (SMF), esnek bir polimer tüp içine alınır ve λex = 488 nm'de uyarılır.Bu konfigürasyon distal ucun uzunluğunu kısaltır ve standart tıbbi endoskopların çalışma kanalından ileri doğru geçirilmesine olanak tanır.Optiği ortalamak için ucu kullanın.Bu lensler sayısal açıklık (NA) = 0,41 ve çalışma mesafesi = 0 µm13 ile neredeyse kırınımlı eksenel çözünürlük elde edecek şekilde tasarlanmıştır.Optiği 14 hassas şekilde hizalamak için hassas ayar parçaları yapılmıştır. Tarayıcı, 2,4 mm çapında ve 10 mm uzunluğunda sert bir distal uca sahip bir endoskop içinde paketlenmiştir (Şekil 1a).Bu boyutları klinik pratikte endoskopi sırasında aksesuar olarak kullanılmasına olanak sağlar (Şekil 1b).Lazerin doku üzerindeki maksimum gücü 2 mW idi.
Konfokal lazer endoskopi (CLE) ve MEMS tarayıcılar.(a) 2,4 mm çapında ve 10 mm uzunluğunda sert distal uç boyutlarına sahip paketlenmiş bir aleti ve (b) standart bir tıbbi endoskopun (Olympus CF-HQ190L) çalışma kanalından düz geçişi gösteren fotoğraf.(c) Uyarıcı ışının geçtiği, merkezi açıklığı 50 µm olan bir reflektörü gösteren tarayıcının önden görünümü.Tarayıcı, bir dizi karesel tarak tahrik sürücüsü tarafından çalıştırılan bir gimbal üzerine monte edilmiştir.Cihazın rezonans frekansı burulma yayının boyutuna göre belirlenir.(d) Tarayıcının, tahrik ve güç sinyalleri için bağlantı noktaları sağlayan elektrot ankrajlarına bağlı tellerle birlikte bir stand üzerine monte edilmiş tarayıcıyı gösteren yan görünümü.
Tarama mekanizması, ışını Lissajous düzeninde yanal olarak (XY düzlemi) saptırmak için bir dizi tarakla çalıştırılan karesel aktüatör tarafından çalıştırılan gimbal monteli bir reflektörden oluşur (Şekil 1c).Merkezinde, içinden uyarma ışınının geçtiği 50 um çapında bir delik açıldı.Tarayıcı, burulma yayının boyutları değiştirilerek ayarlanabilen tasarımın rezonans frekansında çalıştırılır.Güç ve kontrol sinyalleri için bağlantı noktaları sağlamak amacıyla cihazın çevresine elektrot ankrajları kazınmıştı (Şekil 1d).
Görüntüleme sistemi, ameliyathaneye yuvarlanabilen taşınabilir bir arabaya monte edilir.Grafik kullanıcı arayüzü, doktorlar ve hemşireler gibi minimum teknik bilgiye sahip kullanıcıları desteklemek için tasarlanmıştır.Tarayıcı sürücü frekansını, ışın biçimi modunu ve görüntü FOV'unu manuel olarak kontrol edin.
Endoskopun toplam uzunluğu, aletlerin standart bir tıbbi endoskopun (1,68 m) çalışma kanalından tam geçişine izin vermek için yaklaşık 4 m'dir ve manevra kabiliyeti için ekstra bir uzunluğa sahiptir.Endoskopun proksimal ucunda SMF ve teller, baz istasyonunun fiber optik ve kablolu bağlantı noktalarına bağlanan konnektörlerde sonlanır.Kurulum bir lazer, bir filtre ünitesi, bir yüksek voltaj amplifikatörü ve bir fotomultiplier dedektörü (PMT) içerir.Amplifikatör, tarayıcıya güç ve tahrik sinyalleri sağlar.Optik filtre ünitesi lazer uyarımını SMF'ye bağlar ve floresansı PMT'ye iletir.
Endoskoplar, STERRAD sterilizasyon işlemi kullanılarak her klinik prosedürden sonra yeniden işlenir ve hatasız olarak 18 döngüye kadar dayanabilir.OPA çözeltisi için 10'dan fazla dezenfeksiyon döngüsünden sonra hiçbir hasar belirtisi gözlemlenmedi.OPA'nın sonuçları STERRAD'ınkinden daha iyi performans gösterdi ve endoskopların ömrünün yeniden sterilizasyon yerine yüksek düzeyde dezenfeksiyonla uzatılabileceğini ortaya koydu.
Görüntü çözünürlüğü, 0,1 μm çapında floresan boncuklar kullanılarak nokta yayılma fonksiyonundan belirlendi.Yanal ve eksenel çözünürlük için sırasıyla 1,1 ve 13,6 µm'lik yarı maksimumda (FWHM) tam genişlik ölçülmüştür (Şekil 2a, b).
Resim seçenekleri.Odaklama optiklerinin yanal (a) ve eksenel (b) çözünürlüğü, 0,1 μm çapında floresan mikroküreler kullanılarak ölçülen nokta yayılım fonksiyonu (PSF) ile karakterize edilir.Yarı maksimumda ölçülen tam genişlik (FWHM) sırasıyla 1,1 ve 13,6 µm idi.Ek: Enine (XY) ve eksenel (XZ) yönlerde tek bir mikrokürenin genişletilmiş görünümleri gösterilmektedir.(c) Standart (USAF 1951) hedef şeridinden (kırmızı oval) elde edilen, 7-6 gruplarının açıkça çözülebildiğini gösteren floresan görüntü.(d) 250 µm × 250 µm'lik bir görüntü alanı gösteren 10 µm çapında dağılmış floresan mikrokürelerin görüntüsü.(a, b)'deki PSF'ler MATLAB R2019a (https://www.mathworks.com/) kullanılarak oluşturulmuştur.(c, d) Floresan görüntüler LabVIEW 2021 (https://www.ni.com/) kullanılarak toplandı.
Standart çözünürlüklü lenslerden alınan floresan görüntüler, yüksek yanal çözünürlüğü koruyan 7-6 gruptaki sütun setini açıkça ayırt eder (Şekil 2c).250 µm x 250 µm'lik görüş alanı (FOV), lamellerin üzerine dağılmış 10 µm çapındaki floresan boncukların görüntülerinden belirlendi (Şekil 2d).
PMT kazanç kontrolü ve faz düzeltmesine yönelik otomatik bir yöntem, endoskoplardan, kolon peristaltizminden ve hastanın nefes almasından kaynaklanan hareket artefaktlarını azaltmak amacıyla klinik görüntüleme sisteminde uygulanır.Görüntü yeniden yapılandırma ve işleme algoritmaları daha önce14,15açıklanmıştı.PMT kazancı, yoğunluk doygunluğunu önlemek için orantılı-integral (PI) denetleyici tarafından kontrol edilir16.Sistem, her kare için maksimum piksel yoğunluğunu okur, orantılı ve integral yanıtları hesaplar ve piksel yoğunluğunun izin verilen aralıkta olmasını sağlamak için PMT kazanç değerlerini belirler.
İn vivo görüntüleme sırasında tarayıcı hareketi ile kontrol sinyali arasındaki faz uyumsuzluğu görüntü bulanıklığına neden olabilir.Bu tür etkiler, cihazın insan vücudundaki sıcaklığının değişmesi nedeniyle ortaya çıkabilir.Beyaz ışık görüntüleri, endoskopun in vivo olarak normal kolonik mukoza ile temas halinde olduğunu gösterdi (Şekil 3a).Yanlış hizalanmış piksellerin bulanıklaşması normal kolonik mukozanın ham görüntülerinde görülebilir (Şekil 3b).Uygun faz ve kontrast ayarıyla tedaviden sonra mukozanın hücre altı özellikleri ayırt edilebildi (Şekil 3c).Ek bilgi için, ham konfokal görüntüler ve işlenmiş gerçek zamanlı görüntüler Şekil S1'de gösterilmektedir ve gerçek zamanlı ve işlem sonrası için kullanılan görüntü yeniden yapılandırma parametreleri Tablo S1 ve Tablo S2'de sunulmaktadır.
Görüntü işleme.(a) Floresein uygulamasından sonra in vivo floresan görüntüleri toplamak için normal (N) kolonik mukoza ile temas halinde yerleştirilmiş bir endoskopu (E) gösteren geniş açılı endoskopik görüntü.(b) Tarama sırasında X ve Y eksenlerinde dolaşmak, yanlış hizalanmış piksellerin bulanıklaşmasına neden olabilir.Gösterim amacıyla orijinal görüntüye büyük bir faz kayması uygulanır.(c) İşlem sonrası faz düzeltmesinden sonra, lamina propria (lp) ile çevrelenmiş merkezi bir lümen (l) ile kript yapıları (oklar) dahil olmak üzere mukozal ayrıntılar değerlendirilebilir.Kolonositler (c), goblet hücreleri (g) ve inflamatuar hücreler (oklar) dahil olmak üzere tek hücreler ayırt edilebilir.Ek video 1'e bakın. (b, c) LabVIEW 2021 kullanılarak işlenen görüntüler.
Cihazın geniş klinik uygulanabilirliğini göstermek için çeşitli kolon hastalıklarında in vivo olarak eş odaklı floresans görüntüleri elde edilmiştir.Geniş açılı görüntüleme ilk olarak büyük ölçüde anormal mukozayı tespit etmek için beyaz ışık kullanılarak gerçekleştirilir.Daha sonra endoskop kolonoskopun çalışma kanalından ilerletilir ve mukoza ile temas ettirilir.
Tübüler adenom ve hiperplastik polip dahil kolon neoplazisi için geniş alan endoskopi, konfokal endomikroskopi ve histoloji (H&E) görüntüleri gösterilmektedir. Tübüler adenom ve hiperplastik polip dahil kolon neoplazisi için geniş alan endoskopi, konfokal endomikroskopi ve histoloji (H&E) görüntüleri gösterilmektedir. Широкопольная эндоскопия, конфокальная эндомикроскопия и гистологические (H&E) изображения показаны для толстой кишки, включая тубулярную аденому ve гиперпластический полип. Tübüler adenom ve hiperplastik polip dahil kolon neoplazisi için kolon endoskopisi, konfokal endomikroskopi ve histolojik (H&E) görüntüleme endikedir.显示结肠肿瘤（包括管状腺瘤和增生性息肉）的广角内窥镜检查、共聚焦显微内窥镜检查和组织学(H&E) 图像。共设计脚肠化(图像管状躰化和增生性息肉)的广角内刵霱录共共共光在微微全在圕别具和结果学(H&E) görseli. Широкопольная эндоскопия, конфокальная микроэндоскопия и гистологические (H&E) изображения, показывающие опухол ve толстой кишки, включая тубулярные аденомы ve гиперпластические полипы. Tübüler adenomlar ve hiperplastik polipler de dahil olmak üzere kolon tümörlerini gösteren geniş alanlı endoskopi, konfokal mikroendoskopi ve histolojik (H&E) görüntüler.Tübüler adenomlarda normal kript yapısının kaybı, goblet hücrelerinin boyutunda azalma, kript lümeninin bozulması ve lamina propriada kalınlaşma görüldü (Şekil 4a-c).Hiperplastik polipler, kriptlerin yıldız şeklinde mimarisini, birkaç goblet hücresini, kriptlerin yarık benzeri lümenini ve düzensiz katmanlı kriptleri gösterdi (Şekil 4d-f).
Mukozal kalın derinin in vivo görüntüsü. Temsilci beyaz ışık endoskopisi, konfokal endomikroskop ve histoloji (H&E) görüntüleri (ac) adenom, (df) hiperplastik polip, (gi) ülseratif kolit ve (jl) Crohn koliti için gösterilmiştir. Temsilci beyaz ışık endoskopisi, konfokal endomikroskop ve histoloji (H&E) görüntüleri (ac) adenom, (df) hiperplastik polip, (gi) ülseratif kolit ve (jl) Crohn koliti için gösterilmiştir. белом свете'deki изображения эндоскопии, конфокального эндомикроскопа ve гистологии (H&E) показаны (ac) деномы, (df) гиперпластического полипа, (gi) язвенного колита и (jl) колита Крона. (AC) adenom, (df) hiperplastik polip, (gi) ülseratif kolit ve (jl) Crohn koliti için tipik beyaz ışık endoskopisi, konfokal endomikroskop ve histoloji (H&E) görüntüleri gösterilmektedir.显示了(ac) 腺瘤、(df) 增生性息肉、(gi) 溃疡性结肠炎和(jl) 克罗恩结肠炎的代表性白光内窥镜检查、共聚焦内窥镜检查和组织学( H&E). Şunu gösterir:(ac) 躰真、(df) 增生性息肉、(gi) 苏盖性红肠炎和(jl) 克罗恩红肠炎的体育性白光内肠肠炎性、 H&E ) görüntü. Представлены репрезентативные эндоскопия в белом свете, конфокальная эндоскопия и гистология (ac) аденомы, (df) рпластического полипоза, (gi) язвенного колита ve (jl) колита Krona (H&E). Temsili beyaz ışık endoskopisi, konfokal endoskopi ve (ac) adenom, (df) hiperplastik polipoz, (gi) ülseratif kolit ve (jl) Crohn kolitinin (H&E) histolojisi gösterilmektedir.(B), bir endoskop (E) kullanılarak tübüler bir adenomdan (TA) in vivo olarak elde edilen konfokal görüntüyü gösterir.Bu kanser öncesi lezyon, normal kript mimarisinin kaybını (ok), kript lümeninin distorsiyonunu (l) ve kript lamina propriasında (lp) kalabalıklaşmayı gösterir.Kolonositler (c), goblet hücreleri (g) ve inflamatuar hücreler (oklar) da tanımlanabilir.Smt.Ek Video 2. (e), in vivo olarak hiperplastik bir polipten (HP) elde edilen eş odaklı bir görüntüyü gösterir.Bu iyi huylu lezyonda yıldız şeklinde bir kript mimarisi (ok), yarık benzeri bir kript lümeni (l) ve düzensiz şekilli bir lamina propria (lp) görülmektedir.Kolonositler (c), birkaç goblet hücresi (g) ve inflamatuar hücreler (oklar) da tanımlanabilir.Smt.Ek Video 3. (h), ülseratif kolitte (UC) in vivo olarak elde edilen konfokal görüntüleri gösterir.Bu inflamatuar durum, bozuk kript yapısını (ok) ve belirgin goblet hücrelerini (g) göstermektedir.Floresein (f) tüyleri epitelyal hücrelerden dışarı çıkar, bu da artan damar geçirgenliğini yansıtır.Lamina propriada (lp) çok sayıda inflamatuar hücre (oklar) görülüyor.Smt.Ek Video 4. (k), Crohn kolitinin (CC) bir bölgesinden in vivo olarak elde edilen eş odaklı bir görüntüyü gösterir.Bu inflamatuar durum, bozuk kript yapısını (ok) ve belirgin goblet hücrelerini (g) göstermektedir.Floresein (f) tüyleri epitelyal hücrelerden dışarı çıkar, bu da artan damar geçirgenliğini yansıtır.Lamina propriada (lp) çok sayıda inflamatuar hücre (oklar) görülüyor.Smt.Ek Video 5. (b, d, h, l) LabVIEW 2021 kullanılarak işlenen görüntüler.
Ülseratif kolit (UC) (Şekil 4g-i) ve Crohn koliti (Şekil 4j-l) de dahil olmak üzere benzer bir kolonik inflamasyon görüntüsü gösterilmektedir.İnflamatuar yanıtın, çıkıntılı goblet hücrelerine sahip bozulmuş kript yapıları ile karakterize edildiği düşünülmektedir.Floresein epitelyal hücrelerden sıkılarak dışarı atılır, bu da artan damar geçirgenliğini yansıtır.Lamina propriada çok sayıda inflamatuar hücre görülebilir.
İn vivo görüntü elde etmek için distal olarak konumlandırılmış bir MEMS tarayıcı kullanan esnek fiber bağlantılı konfokal lazer endoskopun klinik uygulamasını gösterdik.Rezonans frekansında, hareket artefaktlarını azaltmak için yüksek yoğunluklu Lissajous tarama modu kullanılarak 20 Hz'e kadar kare hızlarına ulaşılabilir.Optik yol, ışın genişlemesi ve 1,1 µm'lik yanal çözünürlüğe ulaşmak için yeterli bir sayısal açıklık sağlayacak şekilde katlanır.Normal kolon mukozası, tübüler adenomlar, hiperplastik polipler, ülseratif kolit ve Crohn kolitinin rutin kolonoskopisi sırasında histolojik kalitede floresan görüntüler elde edildi.Kolonositler, goblet hücreleri ve inflamatuar hücreler dahil olmak üzere tek hücreler tanımlanabilir.Kript yapıları, kript boşlukları ve lamina propria gibi mukozal özellikler ayırt edilebilir.Hassas donanım, 2,4 mm çap x 10 mm uzunluktaki cihaz içindeki ayrı optik ve mekanik bileşenlerin hassas şekilde hizalanmasını sağlamak için mikro makineyle işlenmiştir.Optik tasarım, sert distal ucun uzunluğunu, tıbbi endoskoplarda standart boyutlu (3,2 mm çap) bir çalışma kanalından doğrudan geçişe izin verecek kadar azaltır.Bu nedenle, üreticiden bağımsız olarak cihaz, ikamet yerindeki doktorlar tarafından yaygın olarak kullanılabilir.Yüksek kontrast elde etmek amacıyla FDA onaylı bir boya olan floresanı uyarmak için λex = 488 nm'de uyarma gerçekleştirildi.Cihaz, klinik olarak kabul edilen sterilizasyon yöntemleri kullanılarak 18 döngü boyunca sorunsuz bir şekilde yeniden işlendi.
Diğer iki cihaz tasarımı klinik olarak doğrulanmıştır.Cellvizio (Mauna Kea Technologies), floresans görüntüleri1 toplamak ve iletmek için çok modlu tutarlı fiber optik kablo demetini kullanan, prob tabanlı bir eş odaklı lazer endoskoptur (pCLE).Baz istasyonuna yerleştirilen bir galvo aynası, proksimal uçta yanal tarama gerçekleştirir.Optik kesitler yatay (XY) düzlemde 0 ila 70 µm derinliğe sahip olarak toplanır.Mikroprob kitlerinin çapı 0,91'den (19 G iğne) 5 mm'ye kadar mevcuttur.1 ila 3,5 µm'lik bir yanal çözünürlük elde edildi.Görüntüler, 240 ila 600 µm tek boyutlu görüş alanıyla 9 ila 12 Hz kare hızında toplandı.Platform klinik olarak safra kanalı, mesane, kolon, yemek borusu, akciğerler ve pankreas gibi çeşitli alanlarda kullanıldı.Optiscan Pty Ltd, profesyonel bir endoskopun (EC-3870K, Pentax Precision Instruments) 17 yerleştirme tüpüne (distal uç) yerleştirilmiş bir tarama motoruna sahip, endoskop bazlı bir konfokal lazer endoskop (eCLE) geliştirmiştir.Optik bölüm, tek modlu bir fiber kullanılarak gerçekleştirildi ve yan tarama, bir rezonans ayar çatalı aracılığıyla bir konsol mekanizması kullanılarak gerçekleştirildi.Eksenel yer değiştirme oluşturmak için Şekil Hafızalı Alaşım (Nitinol) aktüatör kullanılır.Konfokal modülün toplam çapı 5 mm'dir.Odaklanma için sayısal açıklığı NA = 0,6 olan bir GRIN lens kullanılır.Yatay görüntüler sırasıyla 0,7 ve 7 µm yanal ve eksenel çözünürlüklerde, 0,8-1,6 Hz kare hızında ve 500 µm x 500 µm görüş alanında elde edildi.
Distal uçlu bir MEMS tarayıcı kullanarak tıbbi bir endoskop aracılığıyla insan vücudundan in vivo floresans görüntüleme elde etmede hücre altı çözünürlüğü gösteriyoruz.Floresan, yüksek görüntü kontrastı sağlar ve hücre yüzeyi hedeflerine bağlanan ligandlar, gelişmiş hastalık teşhisi için moleküler kimlik sağlamak üzere floroforlarla etiketlenebilir18.İn vivo mikroendoskopi için diğer optik teknikler de geliştirilmektedir. OCT, dikey düzlemde >1 mm19 derinliğe sahip görüntüleri toplamak için geniş bantlı bir ışık kaynağından gelen kısa tutarlılık uzunluğunu kullanır. OCT, dikey düzlemde >1 mm19 derinliğe sahip görüntüleri toplamak için geniş bantlı bir ışık kaynağından gelen kısa tutarlılık uzunluğunu kullanır. ОКТ использует короткую длину когерентности широкополосного источника света для сбора изображений вертикальной плоскости с глубиной >1 мм19. OCT, dikey düzlemde >1 mm derinliğe19 sahip görüntüler elde etmek için geniş bantlı bir ışık kaynağının kısa tutarlılık uzunluğunu kullanır. 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 mm çapında. ОКТ использует короткую длину когерентности широкополосного источника света для сбора изображений на глубине >1 м м19 вертикальной плоскости. OCT, dikey düzlemde >1 mm19 görüntüleri elde etmek için geniş bantlı bir ışık kaynağının kısa tutarlılık uzunluğunu kullanır.Ancak bu düşük kontrastlı yaklaşım, geri saçılan ışığın toplanmasına dayanır ve görüntü çözünürlüğü, benek artefaktları nedeniyle sınırlıdır.Fotoakustik endoskopi, ses dalgaları20 üreten bir lazer darbesinin emilmesinden sonra dokudaki hızlı termoelastik genişlemeye dayalı olarak in vivo görüntüler üretir. Bu yaklaşım, tedaviyi izlemek için in vivo insan kolonunda> 1 cm görüntüleme derinliklerini göstermiştir. Bu yaklaşım, tedaviyi izlemek için in vivo insan kolonunda> 1 cm görüntüleme derinliklerini göstermiştir. Bu, monitör terapisi için in vivo olarak 1 cm'den daha yüksek bir seviyede глубину визуализации. Bu yaklaşım, terapinin izlenmesi için in vivo insan kolonunda> 1 cm'lik bir görüntüleme derinliği göstermiştir.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 Bu, biyolojik tedavi için in vivo olarak en iyi 1 cm'den daha uzun bir mesafedir. Bu yaklaşım, tedaviyi izlemek için insan kolonunda in vivo> 1 cm derinlikteki görüntülemelerde gösterilmiştir.Kontrast esas olarak damar sistemindeki hemoglobin tarafından üretilir.Multifoton endoskopi, iki veya daha fazla NIR fotonu aynı anda doku biyomoleküllerine çarptığında yüksek kontrastlı floresan görüntüler üretir21. Bu yaklaşım, düşük fototoksisite ile> 1 mm görüntüleme derinliklerine ulaşabilir. Bu yaklaşım, düşük fototoksisite ile> 1 mm görüntüleme derinliklerine ulaşabilir. Bu, en küçük fotoğraftan en az 1 mm uzakta olmalıdır. Bu yaklaşım, düşük fototoksisite ile > 1 mm görüntü derinliği sağlayabilir.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。 Bu, en küçük fotoğraftan en az 1 mm uzakta olmalıdır. Bu yaklaşım, düşük fototoksisite ile > 1 mm görüntü derinliği sağlayabilir.Yüksek yoğunluklu femtosaniye lazer darbeleri gereklidir ve bu yöntem endoskopi sırasında klinik olarak kanıtlanmamıştır.
Bu prototipte tarayıcı yalnızca yanal sapma gerçekleştirir, dolayısıyla optik kısım yatay (XY) düzlemdedir.Cihaz, Cellvizio sistemindeki galvanik aynalardan (12 Hz) daha yüksek kare hızında (20 Hz) çalışabilmektedir.Hareket bozulmalarını azaltmak için kare hızını artırın ve sinyali artırmak için kare hızını azaltın.Endoskopik hareket, solunum hareketi ve bağırsak hareketliliğinin neden olduğu büyük hareket artefaktlarını azaltmak için yüksek hızlı ve otomatik algoritmalara ihtiyaç vardır.Parametrik rezonans tarayıcıların yüzlerce mikronu aşan eksenel yer değiştirmeleri elde ettiği gösterilmiştir22. Görüntüler, histolojiyle (H&E) aynı görünümü sağlamak için mukozal yüzeye dik olarak dikey düzlemde (XZ) toplanabilir. Görüntüler, histolojiyle (H&E) aynı görünümü sağlamak için mukozal yüzeye dik olarak dikey düzlemde (XZ) toplanabilir. Изображения могут быть получены в вертикальной плоскости (XZ), перпендикулярной поверхности слизистой оболочки, Bu, jeolojik bilimler (H&E) gibi bir şey değildir. Görüntüler, histolojideki (H&E) ile aynı görüntüyü sağlamak için mukozal yüzeye dik dikey bir düzlemde (XZ) alınabilir.可以在垂直于粘膜表面的垂直平面(XZ) 中收集图像,以提供与组织学(H&E) 相同的视图.可以在垂直于粘膜表面的垂直平面(XZ) 中收集图像，以提供与组织学(H&E) Изображения могут быть получены в вертикальной плоскости (XZ), перпендикулярной поверхности слизистой оболочки, тобы обеспечить такое же изображение, как при гистологическом исследовании (H&E). Histolojik incelemeyle (H&E) aynı görüntüyü sağlamak için mukozal yüzeye dik dikey bir düzlemde (XZ) görüntüler alınabilir.Tarayıcı, sapmalara karşı hassasiyeti azaltmak için aydınlatma ışınının ana optik eksen boyunca düştüğü post-objektif bir konuma yerleştirilebilir8.Neredeyse kırınımla sınırlı odak hacimleri, keyfi olarak geniş görüş alanlarında sapma gösterebilir.Reflektörleri kullanıcı tanımlı konumlara9 yönlendirmek için rastgele erişim taraması yapılabilir.Görüntünün rastgele alanlarını vurgulamak için görüş alanı azaltılabilir, böylece sinyal-gürültü oranı, kontrast ve kare hızı iyileştirilebilir.Tarayıcılar basit işlemler kullanılarak seri üretilebilir.Düşük maliyetli seri üretim ve geniş dağıtım için üretimi artırmak amacıyla her bir silikon levha üzerine yüzlerce cihaz yapılabilir.
Katlanmış ışık yolu, sert distal ucun boyutunu küçülterek rutin kolonoskopi sırasında endoskopun aksesuar olarak kullanılmasını kolaylaştırır.Gösterilen floresan görüntülerde, tübüler adenomları (kanser öncesi) hiperplastik poliplerden (iyi huylu) ayırt etmek için mukozanın hücre altı özellikleri görülebilir.Bu sonuçlar endoskopinin gereksiz biyopsi sayısını azaltabileceğini göstermektedir23.Ameliyatla ilişkili genel komplikasyonlar azaltılabilir, izleme aralıkları optimize edilebilir ve küçük lezyonların histolojik analizi en aza indirilebilir.Ayrıca ülseratif kolit (UC) ve Crohn koliti dahil inflamatuar barsak hastalığı olan hastaların in vivo görüntülerini de gösteriyoruz.Geleneksel beyaz ışık kolonoskopisi, mukozal iyileşmeyi doğru bir şekilde değerlendirme yeteneği sınırlı olmakla birlikte, mukozal yüzeyin makroskopik bir görünümünü sağlar.Endoskopi, anti-TNF24 antikorları gibi biyolojik tedavilerin etkinliğini değerlendirmek için in vivo olarak kullanılabilir.Doğru in vivo değerlendirme aynı zamanda hastalığın tekrarını ve ameliyat gibi komplikasyonları azaltabilir veya önleyebilir ve yaşam kalitesini iyileştirebilir.Floresein içeren endoskopların in vivo kullanımıyla ilgili klinik çalışmalarda hiçbir ciddi advers reaksiyon bildirilmemiştir25. Mukozal yüzeydeki lazer gücü, termal yaralanma riskini en aza indirmek ve 21 CFR 812 uyarınca FDA'nın önemsiz risk26 gerekliliklerini karşılamak için <2 mW ile sınırlandırılmıştır. Mukozal yüzeydeki lazer gücü, termal yaralanma riskini en aza indirmek ve 21 CFR 812 uyarınca FDA'nın önemsiz risk26 gerekliliklerini karşılamak için <2 mW ile sınırlandırılmıştır. En düşük sıcaklık sıcaklıklarına kadar, <2 metreden daha uzun bir süre boyunca güvenli bir şekilde seyahat edebilirsiniz. ческого повреждения и соответствовать требованиям FDA относительно незначительного риска26 согласно 21 CFR 812. Mukozal yüzeydeki lazer gücü, termal hasar riskini en aza indirmek ve 21 CFR 812 uyarınca FDA'nın ihmal edilebilir risk26 gerekliliklerini karşılamak için <2 mW ile sınırlandırılmıştır.FDA 21 CFR 812 对非重大风26 Şubat.粘膜表面的激光功率限制在<2 mW En düşük sıcaklık sıcaklıklarına kadar, <2 metreden daha uzun bir süre boyunca güvenli bir şekilde seyahat edebilirsiniz. ческого повреждения ve соответствовать требованиям FDA 21 CFR 812 относительно незначительного риска26. Mukozal yüzeydeki lazer gücü, termal hasar riskini en aza indirmek ve göz ardı edilebilir risk için FDA 21 CFR 812 gerekliliklerini karşılamak için <2 mW ile sınırlandırılmıştır26.
Enstrümanın tasarımı, görüntü kalitesini artırmak için değiştirilebilir.Küresel sapmayı azaltmak, görüntü çözünürlüğünü iyileştirmek ve çalışma mesafesini artırmak için özel optikler mevcuttur.SIL, ışık eşleşmesini iyileştirmek için dokunun kırılma indeksine (~1,4) daha iyi uyacak şekilde ayarlanabilir.Sürücü frekansı, tarayıcının yanal açısını artıracak ve görüntü görüş alanını genişletecek şekilde ayarlanabilir.Bu etkiyi azaltmak amacıyla, önemli miktarda hareket içeren bir görüntünün karelerini kaldırmak için otomatik yöntemleri kullanabilirsiniz.Yüksek performanslı, gerçek zamanlı tam kare düzeltme sağlamak için yüksek hızlı veri toplama özelliğine sahip, sahada programlanabilir bir kapı dizisi (FPGA) kullanılacaktır.Daha fazla klinik fayda sağlamak için, otomatik yöntemlerin, gerçek zamanlı görüntü yorumlaması için faz kaymasını ve hareket artefaktlarını düzeltmesi gerekir.Eksenel taramayı (22) başlatmak için monolitik bir 3 eksenli parametrik rezonans tarayıcı uygulanabilir. Bu cihazlar, tahrik frekansını karışık yumuşatma/sertleştirme dinamikleri27 içeren bir rejimde ayarlayarak benzeri görülmemiş >400 µm dikey yer değiştirme elde etmek için geliştirilmiştir. Bu cihazlar, tahrik frekansını karışık yumuşatma/sertleştirme dinamikleri27 içeren bir rejimde ayarlayarak benzeri görülmemiş >400 µm dikey yer değiştirme elde etmek için geliştirilmiştir. Эти устройства были разработаны для достижения беспрецедентного вертикального смещения > 400 mкм путем настройки астоты возбуждения в режиме, который характеризуется смешанной динамикой смягчения/жесткости27. Bu cihazlar, sürücü frekansını karışık yumuşak/sert dinamiklerle karakterize edilen bir moda ayarlayarak >400 µm'lik benzeri görülmemiş bir dikey yer değiştirme elde edecek şekilde tasarlanmıştır27.这些设备的开发是为了通过在具有混合软化/硬化动力学的状态下调整驱动频率来实现前所未400 µm'den daha yüksek değer27.这些 设备 的 开发 是 为了 在 具有 混合 软化 硬化 硬化 学 学 状态 下 调整 驱动频率 来 实En fazla 400 µm, en fazla 27. Эти устройства были разработаны для достижения беспрецедентных вертикальных смещений >400 мкм путем настройки частоты срабатывания в режиме со смешанной кинетикой размягчения/затвердевания27. Bu cihazlar, tetikleme frekansını karışık yumuşatma/sertleştirme kinetiği modunda ayarlayarak >400 µm benzeri görülmemiş dikey yer değiştirmeler elde edecek şekilde tasarlanmıştır27.Gelecekte dikey transvers görüntüleme kanserin erken evrelemesinde yardımcı olabilir (T1a).Tarayıcı hareketini izlemek ve faz kaymasını (28) düzeltmek için kapasitif bir algılama devresi uygulanabilir.Bir sensör devresi kullanılarak yapılan otomatik faz kalibrasyonu, kullanım öncesinde manuel cihaz kalibrasyonunun yerini alabilir.İşleme çevrimlerinin sayısını artırmak için daha güvenilir alet mühürleme teknikleri kullanılarak cihazın güvenilirliği artırılabilir.MEMS teknolojisi, içi boş organların epitelyumunu görselleştirmek, hastalıkları teşhis etmek ve tedaviyi minimal invaziv bir şekilde izlemek için endoskopların kullanımını hızlandırmayı vaat ediyor.Daha fazla gelişme ile bu yeni görüntüleme yöntemi, anında histolojik inceleme için tıbbi endoskoplara yardımcı olarak kullanılabilecek düşük maliyetli bir çözüm haline gelebilir ve sonunda geleneksel patolojik analizin yerini alabilir.
Odaklama optiğinin parametrelerini belirlemek için ZEMAX optik tasarım yazılımı (versiyon 2013) kullanılarak ışın izleme simülasyonları gerçekleştirildi.Tasarım kriterleri arasında kırınıma yakın eksenel çözünürlük, çalışma mesafesi = 0 µm ve görüş alanının (FOV) 250 × 250 µm2'den büyük olması yer alır.λex = 488 nm dalga boyunda uyarma için tek modlu bir fiber (SMF) kullanıldı.Akromatik çiftler, floresans koleksiyonunun varyansını azaltmak için kullanılır (Şekil 5a).Işın, 3,5 μm mod alanı çapıyla SMF'den geçer ve 50 μm açıklık çapına sahip reflektörün merkezinden kesilmeden geçer.Olay ışınının küresel sapmasını en aza indirmek ve mukozal yüzeyle tam temas sağlamak için yüksek kırılma indeksine (n = 2,03) sahip sert daldırma (yarım küre) lens kullanın.Odaklama optikleri toplam NA = 0,41 sağlar; burada NA = nsinα, n dokunun kırılma indeksidir, α maksimum ışın yakınsama açısıdır.Kırınım sınırlı yanal ve eksenel çözünürlükler, NA = 0,41, λ = 488 nm ve n = 1,3313 kullanılarak sırasıyla 0,44 ve 6,65 μm'dir.Yalnızca dış çapı (OD) ≤ 2 mm olan ticari olarak temin edilebilen lensler dikkate alındı.Optik yol katlanır ve SMF'den çıkan ışın tarayıcının merkezi açıklığından geçer ve sabit bir ayna (0,29 mm çapında) tarafından geri yansıtılır.Bu konfigürasyon, endoskopun tıbbi endoskopların standart (3,2 mm çap) çalışma kanalından ileri geçişini kolaylaştırmak için sert distal ucun uzunluğunu kısaltır.Bu özelliği rutin endoskopi sırasında aksesuar olarak kullanılmasını kolaylaştırır.
Katlanmış ışık kılavuzu ve endoskop ambalajı.(a) Uyarma ışını OBC'den çıkar ve tarayıcının merkezi açıklığından geçer.Işın genişletilir ve yanal sapma için sabit bir dairesel aynadan tarayıcıya geri yansıtılır.Odaklama optikleri bir çift akromatik çift mercek ve mukozal yüzeyle teması sağlayan katı bir daldırma (yarım küre) mercekten oluşur.Optik tasarım ve ışın izleme simülasyonu için ZEMAX 2013 (https://www.zemax.com/).(b) Tek modlu fiber (SMF), tarayıcı, aynalar ve lensler dahil olmak üzere çeşitli cihaz bileşenlerinin konumunu gösterir.Endoskop ambalajının 3D modellemesi için Solidworks 2016 (https://www.solidworks.com/) kullanıldı.
488 nm dalga boyunda 3,5 µm mod alanı çapına sahip bir SMF (#460HP, Thorlabs), odaklanmamış ışığın mekansal filtrelenmesi için bir "delik" olarak kullanıldı (Şekil 5b).SMF'ler esnek polimer tüplerin içine yerleştirilmiştir (#Pebax 72D, Nordson MEDICAL).Hasta ile görüntüleme sistemi arasında yeterli mesafenin sağlanması için yaklaşık 4 metre uzunluk kullanılır.Işını odaklamak ve floresansı toplamak için bir çift 2 mm MgF2 kaplı akromatik çift lens (#65568, #65567, Edmund Optics) ve 2 mm kaplamasız yarım küre lens (#90858, Edmund Optics) kullanıldı.Tarayıcı titreşimini yalıtmak için reçine ile dış boru arasına paslanmaz çelik bir uç boru (4 mm uzunluğunda, 2,0 mm OD, 1,6 mm ID) yerleştirin.Cihazı vücut sıvılarından ve kullanım prosedürlerinden korumak için tıbbi yapıştırıcılar kullanın.Konektörleri korumak için ısıyla daralan makaron kullanın.
Kompakt tarayıcı parametrik rezonans prensibine göre yapılmıştır.Uyarma ışınını iletmek için reflektörün ortasına 50 μm'lik bir açıklık aşındırın.Bir dizi karesel tarakla tahrik edilen tahrik kullanılarak, genişletilmiş ışın, Lissajous modunda dik yönde (XY düzlemi) enine yönde saptırılır.Tarayıcıyı kontrol etmek amacıyla analog sinyaller üretmek için bir veri toplama kartı (#DAQ PCI-6115, NI) kullanıldı.Güç, ince kablolar (#B4421241, MWS Wire Industries) aracılığıyla yüksek voltajlı bir amplifikatör (#PDm200, PiezoDrive) tarafından sağlandı.Elektrot armatüründe kablolama yapın.Tarayıcı, 250 µm × 250 µm'ye kadar FOV elde etmek için 15 kHz'e (hızlı eksen) ve 4 kHz'e (yavaş eksen) yakın frekanslarda çalışır.Video 10, 16 veya 20 Hz kare hızında çekilebilir.Bu kare hızları, tarayıcının X ve Y uyarım frekanslarının değerine bağlı olan Lissajous tarama modelinin tekrarlama oranını eşleştirmek için kullanılır29.Kare hızı, piksel çözünürlüğü ve tarama deseni yoğunluğu arasındaki değiş tokuşun ayrıntıları önceki çalışmamızda14 sunulmaktadır.
Katı hal lazeri (#OBIS 488 LS, tutarlı), görüntü kontrastı için floresanı uyarmak üzere λex = 488 nm sağlar (Şekil 6a).Optik pigtailler filtre ünitesine FC/APC konnektörleri aracılığıyla bağlanır (kayıp 1,82 dB) (Şekil 6b).Işın, başka bir FC/APC konektörü aracılığıyla SMF'deki dikroik bir ayna (#WDM-12P-111-488/500:600, Oz Optics) tarafından saptırılır.21 CFR 812'ye uygun olarak, dokuya gelen güç, FDA'nın ihmal edilebilir risk gerekliliklerini karşılamak amacıyla maksimum 2 mW ile sınırlıdır.Floresan, dikroik bir aynadan ve uzun bir iletim filtresinden (#BLP01-488R, Semrock) geçirildi.Floresan, 50 µm çekirdek çapına sahip ~1 m uzunluğunda çok modlu bir fiber kullanılarak bir FC/PC konektörü yoluyla bir fotomultiplier tüp (PMT) detektörüne (#H7422-40, Hamamatsu) iletildi.Floresan sinyaller, yüksek hızlı bir akım amplifikatörüyle (#59-179, Edmund Optics) güçlendirildi.Gerçek zamanlı veri toplama ve görüntü işleme için özel yazılım (LabVIEW 2021, NI) geliştirilmiştir.Lazer gücü ve PMT kazanç ayarları, özel bir baskılı devre kartı kullanılarak mikrodenetleyici (#Arduino UNO, Arduino) tarafından belirlenir.SMF ve kablolar konektörlerde sonlanır ve baz istasyonundaki fiber optik (F) ve kablolu (W) bağlantı noktalarına bağlanır (Şekil 6c).Görüntüleme sistemi taşınabilir bir arabada bulunur (Şekil 6d). Kaçak akımı <500 μA ile sınırlamak için izolasyon transformatörü kullanıldı. Kaçak akımı <500 μA ile sınırlamak için izolasyon transformatörü kullanıldı. <500 мкА использовался изолирующий трансформатор'a kadar утечки ограничения. Kaçak akımı <500 µA ile sınırlamak için izolasyon transformatörü kullanıldı.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 ток утечки о 500 мка. Kaçak akımı <500μA ile sınırlandırmak için bir izolasyon transformatörü kullanın.
görselleştirme sistemi.(a) PMT, lazer ve amplifikatör baz istasyonundadır.(b) Filtre bankasında lazer (mavi), FC/APC konnektörü aracılığıyla fiber optik kablo üzerinden ilerlemektedir.Işın, dikroik bir ayna (DM) tarafından ikinci bir FC/APC konnektörü aracılığıyla tek modlu fibere (SMF) yönlendirilir.Floresan (yeşil), DM ve uzun geçiş filtresinden (LPF) çok modlu fiber (MMF) yoluyla PMT'ye gider.(c) Endoskopun proksimal ucu baz istasyonunun fiber optik (F) ve kablolu (W) bağlantı noktalarına bağlanır.(d) Taşınabilir bir araba üzerinde endoskop, monitör, baz istasyonu, bilgisayar ve izolasyon transformatörü.(a, c) Görüntüleme sisteminin ve endoskop bileşenlerinin 3 boyutlu modellenmesi için Solidworks 2016 kullanıldı.
Odaklama optiklerinin yanal ve eksenel çözünürlüğü, çapı 0,1 µm olan floresan mikrokürelerin (#F8803, Thermo Fisher Scientific) nokta yayılma fonksiyonundan ölçülmüştür.Doğrusal bir aşama (# M-562-XYZ, DM-13, Newport) kullanarak mikroküreleri 1 μm'lik adımlarla yatay ve dikey olarak çevirerek görüntüleri toplayın.Mikrokürelerin kesit görüntülerini elde etmek için ImageJ2'yi kullanan görüntü yığını.
Gerçek zamanlı veri toplama ve görüntü işleme için özel yazılım (LabVIEW 2021, NI) geliştirilmiştir.Şek.Şekil 7, sistemi çalıştırmak için kullanılan rutinlere genel bir bakış göstermektedir.Kullanıcı arayüzü veri toplama (DAQ), ana panel ve kontrol panelinden oluşur.Veri toplama paneli, ham verileri toplamak ve depolamak, özel veri toplama ayarları için girdi sağlamak ve tarayıcı sürücüsü ayarlarını yönetmek için ana panelle etkileşime girer.Ana panel, kullanıcının, tarayıcı kontrol sinyali, video kare hızı ve edinim parametreleri de dahil olmak üzere, endoskopu kullanmak için istenen konfigürasyonu seçmesine olanak tanır.Bu panel aynı zamanda kullanıcının görüntünün parlaklığını ve kontrastını görüntülemesine ve kontrol etmesine de olanak tanır.Ham verileri girdi olarak kullanan algoritma, PMT için en uygun kazanç ayarını hesaplar ve bu parametreyi oransal-integral (PI)16 geri beslemeli kontrol sistemi kullanarak otomatik olarak ayarlar.Kontrol panosu, lazer gücünü ve PMT kazancını kontrol etmek için ana kart ve veri toplama panosu ile etkileşime girer.
Sistem yazılım mimarisi.Kullanıcı arayüzü modüllerden (1) veri toplama (DAQ), (2) ana panel ve (3) kontrol panelinden oluşur.Bu programlar eş zamanlı olarak çalışır ve mesaj kuyrukları aracılığıyla birbirleriyle iletişim kurar.Anahtar MEMS: Mikroelektromekanik Sistem, TDMS: Teknik Veri Kontrol Akışı, PI: Orantılı İntegral, PMT: Fotomultiplier.Görüntü ve video dosyaları sırasıyla BMP ve AVI formatlarında kaydedilir.
Görüntüyü keskinleştirmek için kullanılan maksimum değeri belirlemek amacıyla görüntü piksel yoğunluklarının farklı faz değerlerindeki dağılımını hesaplamak için bir faz düzeltme algoritması kullanılır.Gerçek zamanlı düzeltme için faz tarama aralığı ±2,86° olup, hesaplama süresini azaltmak için 0,286°'lik nispeten büyük bir adım vardır.Ek olarak, görüntünün daha az örnek içeren bölümlerinin kullanılması, görüntü çerçevesi hesaplama süresini 10 Hz'de 7,5 saniyeden (1 Mörnek) 1,88 saniyeye (250 Körnek) daha da azaltır.Bu giriş parametreleri, in vivo görüntüleme sırasında minimum gecikmeyle yeterli görüntü kalitesi sağlayacak şekilde seçildi.Canlı görüntüler ve videolar sırasıyla BMP ve AVI formatlarında kaydedilir.Ham veriler Teknik Veri Yönetimi Akış Formatında (TMDS) saklanır.
LabVIEW 2021 ile kaliteyi iyileştirmek için in vivo görüntülerin sonradan işlenmesi. Gereken uzun hesaplama süresi nedeniyle in vivo görüntüleme sırasında faz düzeltme algoritmaları kullanıldığında doğruluk sınırlıdır.Yalnızca sınırlı görüntü alanları ve örnek sayıları kullanılır.Ayrıca algoritma, hareket artefaktları veya düşük kontrastlı görüntülerde iyi çalışmaz ve faz hesaplama hatalarına yol açar30.Yüksek kontrastlı ve hareket artefaktı olmayan ayrı kareler, 0,01°'lik adımlarla ±0,75° faz tarama aralığıyla faz ince ayarı için manuel olarak seçildi.Görüntü alanının tamamı kullanıldı (örneğin, 10 Hz'de kaydedilen bir görüntünün 1 M örneği).Tablo S2, gerçek zamanlı ve işlem sonrası için kullanılan görüntü parametrelerinin ayrıntılarını vermektedir.Faz düzeltmesinden sonra görüntü gürültüsünü daha da azaltmak için bir medyan filtresi kullanılır.Parlaklık ve kontrast, histogram genişletme ve gama düzeltmeyle daha da iyileştirilir31.
Klinik araştırmalar Michigan Tıp Kurumları İnceleme Kurulu tarafından onaylandı ve Tıbbi Prosedürler Departmanında yürütüldü.Bu çalışma ClinicalTrials.gov'da çevrimiçi olarak kayıtlıdır (NCT03220711, kayıt tarihi: 18.07.2017).Dahil etme kriterleri, önceden planlanmış elektif kolonoskopisi olan, kolorektal kanser riskinin arttığı ve inflamatuar barsak hastalığı öyküsü olan hastaları (18 ila 100 yaş arası) içermekteydi.Katılmayı kabul eden her denekten bilgilendirilmiş onam alındı.Hariç tutma kriterleri hamile olan, floreseine karşı bilinen aşırı duyarlılığı olan veya aktif kemoterapi veya radyasyon tedavisi gören hastalardı.Bu çalışma rutin kolonoskopi için planlanan ardışık hastaları içermekteydi ve Michigan Tıp Merkezi popülasyonunu temsil ediyordu.Çalışma Helsinki Deklarasyonuna uygun olarak yürütüldü.
Ameliyattan önce, silikon kalıplara monte edilmiş 10 μm floresan boncukları (#F8836, Thermo Fisher Scientific) kullanarak endoskopu kalibre edin.Yarı saydam bir silikon dolgu macunu (#RTV108, Momentive), 3D baskılı 8 cm3'lük plastik bir kalıba döküldü.Su floresan boncuklarını silikonun üzerine bırakın ve su ortamı kuruyana kadar bırakın.
Beyaz ışıkla aydınlatılan standart bir tıbbi kolonoskop (Olympus, CF-HQ190L) kullanılarak kolonun tamamı incelendi.Endoskopist iddia edilen hastalığın bölgesini belirledikten sonra bölge 5-10 ml %5 asetik asit ile yıkanır ve ardından mukus ve döküntülerin uzaklaştırılması için steril su ile yıkanır.5 mg/ml fluorescein'in (Alcon, Fluorescite) 5 ml'lik bir dozu intravenöz olarak enjekte edildi veya çalışma kanalından geçirilen standart bir kanül (M00530860, Boston Scientific) kullanılarak mukoza üzerine topikal olarak püskürtüldü.
Fazla boyayı veya kalıntıları mukozal yüzeyden temizlemek için bir irrigatör kullanın.Nebülizasyon kateterini çıkarın ve ölüm öncesi görüntüler elde etmek için endoskopu çalışma kanalından geçirin.Distal ucu hedef bölgeye konumlandırmak için geniş alanlı endoskopik kılavuzluğu kullanın. Konfokal görüntüleri toplamak için kullanılan toplam süre <10 dakikaydı. Konfokal görüntüleri toplamak için kullanılan toplam süre <10 dakikaydı. Общее время, затраченное на сбор конфокальных изображений, составило <10 dakika. Konfokal görüntüleri toplamak için geçen toplam süre <10 dakikaydı.Konfokal görüntülerin toplam edinim süresi 10 dakikadan azdı.Endoskopik beyaz ışık videosu, Olympus EVIS EXERA III (CLV-190) görüntüleme sistemi kullanılarak işlendi ve bir Elgato HD video kaydedici kullanılarak kaydedildi.Endoskopi videolarını kaydetmek ve kaydetmek için LabVIEW 2021'i kullanın.Görüntüleme tamamlandıktan sonra endoskop çıkarılır ve görüntülenecek doku biyopsi forsepsi veya kıskaç kullanılarak çıkarılır. Dokular rutin histoloji (H&E) için işlendi ve uzman bir GI patolog (HDA) tarafından değerlendirildi. Dokular rutin histoloji (H&E) için işlendi ve uzman bir GI patolog (HDA) tarafından değerlendirildi. Ткани были обработаны для обычной гистологии (H&E) ve оценены экспертом-патологом желудочно-кишечного tractа (HD) A). Dokular rutin histoloji (H&E) için işlendi ve uzman bir gastrointestinal patolog (HDA) tarafından değerlendirildi.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) ve оценены экспертом-патологом желудочно-кишечного tractа (HD) A). Dokular rutin histoloji (H&E) için işlendi ve uzman bir gastrointestinal patolog (HDA) tarafından değerlendirildi.Floreseinin spektral özellikleri, Şekil S2'de gösterildiği gibi bir spektrometre (USB2000+, Ocean Optics) kullanılarak doğrulandı.
Endoskoplar insanlar tarafından her kullanımdan sonra sterilize edilir (Şekil 8).Temizlik prosedürleri, Michigan Tıp Merkezi Enfeksiyon Kontrol ve Epidemiyoloji Departmanı ve Merkezi Steril İşleme Birimi'nin talimatı ve onayı altında gerçekleştirildi. Çalışmadan önce aletler, enfeksiyon önleme ve sterilizasyon doğrulama hizmetleri sağlayan ticari bir kuruluş olan Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson) tarafından sterilizasyon açısından test edildi ve doğrulandı. Çalışmadan önce aletler, enfeksiyon önleme ve sterilizasyon doğrulama hizmetleri sağlayan ticari bir kuruluş olan Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson) tarafından sterilizasyon açısından test edildi ve doğrulandı. Gelişmiş Sterilizasyon Ürünleri (ASP, Johnson & Johnson), организацией, предоставляющей услуги порофилактике инфекций ve проверке стерилизации. Çalışmadan önce aletler, enfeksiyon önleme ve sterilizasyon doğrulama hizmetleri sağlayan ticari bir kuruluş olan Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson) tarafından sterilizasyon için test edildi ve onaylandı. Gelişmiş Sterilizasyon Ürünleri (ASP, Johnson & Johnson), коммерческой организацией, которая предос güvenlik önlemleri ve güvenlik önlemleri için uygulamaları kullanın. Aletler, enfeksiyon önleme ve sterilizasyon doğrulama hizmetleri sağlayan ticari bir kuruluş olan Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson) tarafından çalışmadan önce sterilize edildi ve incelendi.
Alet geri dönüşümü.(a) Endoskoplar, STERRAD işleme prosesi kullanılarak her sterilizasyondan sonra tepsilere yerleştirilir.(b) SMF ve teller, yeniden işlemden önce kapatılan sırasıyla fiber optik ve elektrik konektörleriyle sonlandırılır.
Aşağıdakileri yaparak endoskopları temizleyin: (1) endoskopu, enzimatik bir temizleyiciye batırılmış tüy bırakmayan bir bezle proksimalden distale doğru silin;(2) Cihazı 3 dakika boyunca su içeren enzimatik deterjan solüsyonuna batırın.tüy bırakmayan kumaş.Elektrik ve fiber optik konektörler kapatılır ve çözümden çıkarılır;(3) Endoskop sarılır ve STERRAD 100NX, hidrojen peroksit gaz plazması kullanılarak sterilizasyon için alet tepsisine yerleştirilir.nispeten düşük sıcaklık ve düşük nem ortamı.
Mevcut çalışmada kullanılan ve/veya analiz edilen veri kümeleri, makul talep üzerine ilgili yazarlardan temin edilebilir.
Pilonis, ND, Januszewicz, W. & di Pietro, M. Gastrointestinal endoskopide konfokal lazer endomikroskopisi: Teknik yönler ve klinik uygulamalar. Pilonis, ND, Januszewicz, W. & di Pietro, M. Gastrointestinal endoskopide konfokal lazer endomikroskopisi: Teknik yönler ve klinik uygulamalar.Pilonis, ND, Januszewicz, V. i di Pietro, M. Gastrointestinal endoskopide konfokal lazer endomikroskopisi: teknik yönler ve klinik uygulama. 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:Teknik yönler ve klinik uygulamalar.Pilonis, ND, Januszewicz, V. i di Pietro, M. Gastrointestinal endoskopide konfokal lazer endoskopi: teknik yönler ve klinik uygulamalar.çeviri gastrointestinal heparin.7, 7 (2022).
Al-Mansour, MR ve ark.SAGES TAVAC Konfokal Lazer Endomikroskopinin Güvenlik ve Etkinlik Analizi.Operasyon.Endoskopi 35, 2091–2103 (2021).
Fugazza, A. ve ark.Gastrointestinal ve pankreatobiliyer hastalıklarda konfokal lazer endoskopisi: sistematik bir inceleme ve meta-analiz.Biyomedikal Bilim.depolama tankı.dahili 2016, 4638683 (2016).