Cảm ơn bạn đã ghé thăm Nature.com.Bạn đang sử dụng phiên bản trình duyệt có hỗ trợ CSS hạn chế.Để có trải nghiệm tốt nhất, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng trình duyệt đã cập nhật (hoặc tắt Chế độ tương thích trong Internet Explorer).Ngoài ra, để đảm bảo được hỗ trợ liên tục, chúng tôi hiển thị trang web không có kiểu và JavaScript.
Hiển thị băng chuyền gồm ba trang trình bày cùng một lúc.Sử dụng các nút Trước và Tiếp theo để di chuyển qua ba trang chiếu cùng một lúc hoặc sử dụng các nút trượt ở cuối để di chuyển qua ba trang chiếu cùng một lúc.
Nội soi laser đồng tiêu là một phương pháp sinh thiết quang học thời gian thực mới.Hình ảnh huỳnh quang có chất lượng mô học có thể thu được ngay lập tức từ biểu mô của các cơ quan rỗng.Hiện tại, quá trình quét được thực hiện gần đúng bằng các dụng cụ dựa trên đầu dò thường được sử dụng trong thực hành lâm sàng, với khả năng kiểm soát tiêu điểm còn hạn chế.Chúng tôi chứng minh việc sử dụng máy quét cộng hưởng tham số được gắn ở đầu xa của ống nội soi để thực hiện độ lệch ngang tốc độ cao.Một lỗ đã được khắc vào giữa tấm phản xạ để cuộn đường đi của ánh sáng.Thiết kế này giúp giảm kích thước của dụng cụ xuống còn đường kính 2,4 mm và chiều dài 10 mm, cho phép nó được đưa về phía trước qua kênh làm việc của máy nội soi y tế tiêu chuẩn.Ống kính nhỏ gọn cung cấp độ phân giải ngang và dọc trục lần lượt là 1,1 và 13,6 µm.Khoảng cách làm việc là 0 µm và trường nhìn 250 µm × 250 µm đạt được ở tốc độ khung hình lên tới 20 Hz.Kích thích ở bước sóng 488 nm kích thích fluorescein, một loại thuốc nhuộm được FDA phê chuẩn cho độ tương phản mô cao.Ống nội soi đã được tái xử lý trong 18 chu kỳ mà không bị lỗi khi sử dụng các phương pháp khử trùng đã được phê duyệt lâm sàng.Hình ảnh huỳnh quang thu được từ niêm mạc đại tràng bình thường, u tuyến ống, polyp tăng sản, viêm loét đại tràng và viêm đại tràng Crohn trong quá trình nội soi thông thường.Các tế bào đơn lẻ có thể được xác định, bao gồm tế bào ruột kết, tế bào cốc và tế bào viêm.Các đặc điểm niêm mạc như cấu trúc mật mã, khoang mật mã và lớp đệm có thể được phân biệt.Dụng cụ này có thể được sử dụng như một thiết bị hỗ trợ cho phương pháp nội soi thông thường.
Nội soi laser đồng tiêu là một phương thức hình ảnh mới đang được phát triển để sử dụng lâm sàng như một phương pháp hỗ trợ cho nội soi thông thường1,2,3.Những dụng cụ linh hoạt, được kết nối bằng sợi quang này có thể được sử dụng để phát hiện các bệnh trong tế bào biểu mô lót các cơ quan rỗng, chẳng hạn như ruột kết.Lớp mô mỏng này có hoạt tính trao đổi chất cao và là nguồn gốc của nhiều quá trình bệnh như ung thư, nhiễm trùng và viêm.Nội soi có thể đạt được độ phân giải dưới tế bào, cung cấp hình ảnh in vivo có chất lượng gần như mô học theo thời gian thực để giúp bác sĩ lâm sàng đưa ra quyết định lâm sàng.Sinh thiết mô vật lý có nguy cơ chảy máu và thủng.Quá nhiều hoặc quá ít mẫu sinh thiết thường được thu thập.Mỗi mẫu được lấy ra sẽ làm tăng chi phí phẫu thuật.Phải mất vài ngày để nhà nghiên cứu bệnh học đánh giá mẫu.Trong những ngày chờ đợi kết quả giải phẫu bệnh, người bệnh thường cảm thấy lo lắng.Ngược lại, các phương thức hình ảnh lâm sàng khác như MRI, CT, PET, SPECT và siêu âm thiếu độ phân giải không gian và tốc độ thời gian cần thiết để hình dung các quá trình biểu mô trong cơ thể với độ phân giải dưới tế bào theo thời gian thực.
Một dụng cụ dựa trên đầu dò (Cellvizio) hiện đang được sử dụng phổ biến trong các phòng khám để thực hiện “sinh thiết quang học”.Thiết kế này dựa trên bó sợi quang kết hợp về mặt không gian4 để thu thập và truyền hình ảnh huỳnh quang.Lõi sợi đơn hoạt động như một “lỗ” để lọc ánh sáng không tập trung theo không gian nhằm đạt được độ phân giải dưới tế bào.Quá trình quét được thực hiện gần bằng cách sử dụng điện kế lớn, cồng kềnh.Quy định này giới hạn khả năng của công cụ kiểm soát tiêu điểm.Giai đoạn thích hợp của ung thư biểu mô biểu mô giai đoạn sớm đòi hỏi phải quan sát được bên dưới bề mặt mô để đánh giá mức độ xâm lấn và xác định liệu pháp điều trị thích hợp.Fluorescein, một chất tương phản được FDA phê chuẩn, được tiêm tĩnh mạch để làm nổi bật các đặc điểm cấu trúc của biểu mô. Những kính hiển vi nội soi này có đường kính <2,4 mm và có thể được đưa về phía trước dễ dàng qua kênh sinh thiết của nội soi y tế tiêu chuẩn. Những kính hiển vi nội soi này có đường kính <2,4 mm và có thể được đưa về phía trước dễ dàng qua kênh sinh thiết của nội soi y tế tiêu chuẩn. Эти эндомикроскопы имеют размеры <2,4 ммм в диаметре и могут быть легко проведены через биопсийный канал không có gì đáng ngạc nhiên. Những kính hiển vi nội soi này có đường kính <2,4 mm và có thể dễ dàng đi qua kênh sinh thiết của nội soi y tế tiêu chuẩn.Những ống soi này có đường kính dưới 2,4 mm và dễ dàng đi qua kênh sinh thiết của ống soi y tế tiêu chuẩn.Tính linh hoạt này cho phép thực hiện nhiều ứng dụng lâm sàng và độc lập với các nhà sản xuất máy nội soi.Nhiều nghiên cứu lâm sàng đã được thực hiện bằng cách sử dụng thiết bị hình ảnh này, bao gồm cả việc phát hiện sớm bệnh ung thư thực quản, dạ dày, đại tràng và khoang miệng.Các giao thức hình ảnh đã được phát triển và tính an toàn của quy trình đã được thiết lập.
Hệ thống vi cơ điện tử (MEMS) là một công nghệ mạnh mẽ để thiết kế và sản xuất các cơ chế quét cực nhỏ được sử dụng ở đầu xa của ống nội soi.Vị trí này (so với điểm gần) cho phép linh hoạt hơn trong việc kiểm soát vị trí lấy nét5,6.Ngoài độ lệch ngang, cơ chế xa cũng có thể thực hiện quét theo trục, quét sau mục tiêu và quét truy cập ngẫu nhiên.Những khả năng này cho phép thẩm vấn tế bào biểu mô toàn diện hơn, bao gồm hình ảnh cắt ngang dọc7, quét trường nhìn rộng (FOV)8 không quang sai và cải thiện hiệu suất trong các vùng phụ do người dùng xác định9.MEMS giải quyết vấn đề nghiêm trọng về việc đóng gói công cụ quét với không gian hạn chế ở phía xa của thiết bị.So với các điện kế cồng kềnh, MEMS mang lại hiệu suất vượt trội ở kích thước nhỏ, tốc độ cao và mức tiêu thụ điện năng thấp.Một quy trình sản xuất đơn giản có thể được mở rộng để sản xuất hàng loạt với chi phí thấp.Nhiều thiết kế MEMS đã được báo cáo trước đây10,11,12.Chưa có công nghệ nào được phát triển đủ để cho phép sử dụng rộng rãi trên lâm sàng hình ảnh in vivo thời gian thực thông qua kênh làm việc của máy nội soi y tế.Ở đây, chúng tôi mong muốn chứng minh việc sử dụng máy quét MEMS ở đầu xa của ống nội soi để thu nhận hình ảnh con người in vivo trong quá trình nội soi lâm sàng thông thường.
Một thiết bị sợi quang được phát triển bằng máy quét MEMS ở đầu xa để thu thập hình ảnh huỳnh quang in vivo thời gian thực có đặc điểm mô học tương tự.Một sợi quang đơn mode (SMF) được đặt trong một ống polyme dẻo và được kích thích ở bước sóng λex = 488 nm.Cấu hình này rút ngắn chiều dài của đầu xa và cho phép nó được đưa về phía trước qua kênh làm việc của máy nội soi y tế tiêu chuẩn.Sử dụng đầu để căn giữa quang.Những thấu kính này được thiết kế để đạt được độ phân giải dọc trục gần như nhiễu xạ với khẩu độ số (NA) = 0,41 và khoảng cách làm việc = 0 µm13.Các miếng chêm chính xác được chế tạo để căn chỉnh chính xác quang học 14. Máy quét được đóng gói trong một ống nội soi có đầu xa cứng có đường kính 2,4 mm và dài 10 mm (Hình 1a).Các kích thước này cho phép nó được sử dụng trong thực hành lâm sàng như một phụ kiện trong quá trình nội soi (Hình 1b).Công suất tối đa của tia laser tới mô là 2 mW.
Máy nội soi laser đồng tiêu (CLE) và máy quét MEMS.Hình ảnh cho thấy (a) một dụng cụ được đóng gói với kích thước đầu xa cứng có đường kính 2,4 mm và chiều dài 10 mm và (b) đi thẳng qua kênh làm việc của ống nội soi y tế tiêu chuẩn (Olympus CF-HQ190L).(c) Mặt trước của máy quét hiển thị một gương phản xạ có khẩu độ trung tâm 50 µm mà chùm tia kích thích đi qua.Máy quét được gắn trên một gimbal được điều khiển bởi một bộ ổ đĩa dạng lược cầu phương.Tần số cộng hưởng của thiết bị được xác định bởi kích thước của lò xo xoắn.(d) Mặt bên của máy quét cho thấy máy quét được gắn trên giá đỡ với dây nối với neo điện cực cung cấp các điểm kết nối cho tín hiệu truyền động và nguồn.
Cơ chế quét bao gồm một gương phản xạ gắn trên gimbal được điều khiển bởi một bộ bộ truyền động cầu phương điều khiển bằng lược để làm chệch hướng chùm tia theo phương ngang (mặt phẳng XY) theo mô hình Lissajous (Hình 1c).Một lỗ có đường kính 50 µm được khắc ở giữa để chùm tia kích thích đi qua.Máy quét được điều khiển ở tần số cộng hưởng của thiết kế, tần số này có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi kích thước của lò xo xoắn.Các neo điện cực được khắc trên ngoại vi của thiết bị để cung cấp các điểm kết nối cho tín hiệu nguồn và điều khiển (Hình 1d).
Hệ thống hình ảnh được gắn trên một xe đẩy di động có thể lăn vào phòng phẫu thuật.Giao diện người dùng đồ họa được thiết kế để hỗ trợ người dùng có kiến ​​thức kỹ thuật tối thiểu, chẳng hạn như bác sĩ và y tá.Kiểm tra thủ công tần số ổ đĩa máy quét, chế độ dạng tia và FOV hình ảnh.
Chiều dài tổng thể của ống nội soi là khoảng 4m để cho phép các dụng cụ đi qua đầy đủ qua kênh làm việc của ống nội soi y tế tiêu chuẩn (1,68m), với chiều dài bổ sung để có thể cơ động.Ở đầu gần của ống nội soi, SMF và các dây kết thúc bằng các đầu nối kết nối với cổng cáp quang và có dây của trạm gốc.Hệ thống lắp đặt bao gồm một tia laser, một bộ lọc, một bộ khuếch đại điện áp cao và một máy dò quang nhân (PMT).Bộ khuếch đại cung cấp tín hiệu nguồn và truyền động cho máy quét.Bộ lọc quang kết hợp sự kích thích bằng laser với SMF và truyền huỳnh quang tới PMT.
Ống nội soi được tái xử lý sau mỗi quy trình lâm sàng bằng quy trình khử trùng STERRAD và có thể chịu được tới 18 chu kỳ mà không bị hỏng.Đối với dung dịch OPA, không có dấu hiệu hư hỏng sau hơn 10 chu kỳ khử trùng.Kết quả của OPA vượt trội so với STERRAD, cho thấy tuổi thọ của ống nội soi có thể được kéo dài bằng cách khử trùng ở mức độ cao thay vì khử trùng lại.
Độ phân giải hình ảnh được xác định từ hàm trải rộng điểm sử dụng hạt huỳnh quang có đường kính 0,1 μm.Đối với độ phân giải ngang và dọc trục, người ta đo toàn bộ chiều rộng ở mức tối đa một nửa (FWHM) lần lượt là 1,1 và 13,6 µm (Hình 2a, b).
Tùy chọn hình ảnh.Độ phân giải ngang (a) và trục (b) của thấu kính lấy nét được đặc trưng bởi hàm trải rộng điểm (PSF) được đo bằng kính hiển vi huỳnh quang có đường kính 0,1 μm.Toàn bộ chiều rộng đo được ở mức tối đa một nửa (FWHM) lần lượt là 1,1 và 13,6 µm.Hình nhỏ: Các khung nhìn mở rộng của một kính hiển vi đơn lẻ theo hướng ngang (XY) và trục (XZ) được hiển thị.(c) Ảnh huỳnh quang thu được từ dải mục tiêu tiêu chuẩn (USAF 1951) (hình bầu dục màu đỏ) cho thấy các nhóm 7-6 có thể được phân giải rõ ràng.(d) Hình ảnh của kính hiển vi huỳnh quang phân tán đường kính 10 µm hiển thị trường ảnh có kích thước 250 µm×250 µm.Các PSF trong (a, b) được xây dựng bằng MATLAB R2019a (//www.mathworks.com/).(c, d) Hình ảnh huỳnh quang được thu thập bằng LabVIEW 2021 (https://www.ni.com/).
Hình ảnh huỳnh quang từ thấu kính có độ phân giải tiêu chuẩn phân biệt rõ ràng tập hợp các cột trong nhóm 7-6, duy trì độ phân giải ngang cao (Hình 2c).Trường nhìn (FOV) 250 µm × 250 µm được xác định từ hình ảnh của các hạt huỳnh quang đường kính 10 µm phân tán trên các lá kính phủ (Hình 2d).
Một phương pháp tự động để kiểm soát mức tăng PMT và hiệu chỉnh pha được triển khai trong hệ thống hình ảnh lâm sàng nhằm giảm các tạo tác chuyển động từ ống nội soi, nhu động ruột và nhịp thở của bệnh nhân.Các thuật toán tái tạo và xử lý hình ảnh đã được mô tả trước đây14,15.Mức tăng PMT được điều khiển bởi bộ điều khiển tích phân tỷ lệ (PI) để ngăn chặn bão hòa cường độ16.Hệ thống đọc cường độ điểm ảnh tối đa cho mỗi khung hình, tính toán các phản hồi tỷ lệ và tích phân, đồng thời xác định giá trị tăng PMT để đảm bảo cường độ điểm ảnh nằm trong phạm vi cho phép.
Trong quá trình chụp ảnh in vivo, pha không khớp giữa chuyển động của máy quét và tín hiệu điều khiển có thể gây mờ hình ảnh.Những tác động như vậy có thể xảy ra do sự thay đổi nhiệt độ của thiết bị bên trong cơ thể con người.Hình ảnh ánh sáng trắng cho thấy ống nội soi đã tiếp xúc với niêm mạc đại tràng bình thường in vivo (Hình 3a).Có thể thấy hiện tượng mờ của các pixel không thẳng hàng trong hình ảnh thô của niêm mạc đại tràng bình thường (Hình 3b).Sau khi điều trị bằng cách điều chỉnh pha và độ tương phản thích hợp, có thể phân biệt được các đặc điểm dưới tế bào của niêm mạc (Hình 3c).Để biết thêm thông tin, hình ảnh tiêu điểm thô và hình ảnh thời gian thực đã xử lý được hiển thị trong Hình S1 và các tham số tái tạo hình ảnh được sử dụng cho thời gian thực và xử lý hậu kỳ được trình bày trong Bảng S1 và Bảng S2.
Đang xử lý hình ảnh.(a) Hình ảnh nội soi góc rộng cho thấy ống nội soi (E) được đặt tiếp xúc với niêm mạc đại tràng (N) bình thường để thu thập hình ảnh huỳnh quang in vivo sau khi dùng fluorescein.(b) Di chuyển theo trục X và Y trong quá trình quét có thể làm mờ các điểm ảnh không thẳng hàng.Với mục đích trình diễn, sự dịch pha lớn được áp dụng cho ảnh gốc.(c) Sau khi hiệu chỉnh giai đoạn hậu xử lý, có thể đánh giá các chi tiết niêm mạc, bao gồm các cấu trúc mật mã (mũi tên), với lòng trung tâm (l) được bao quanh bởi lớp đệm (lp).Các tế bào đơn lẻ có thể được phân biệt, bao gồm tế bào ruột kết (c), tế bào cốc (g) và tế bào viêm (mũi tên).Xem thêm video 1. (b, c) Hình ảnh được xử lý bằng LabVIEW 2021.
Hình ảnh huỳnh quang đồng tiêu đã thu được in vivo trong một số bệnh đại tràng để chứng minh khả năng ứng dụng lâm sàng rộng rãi của thiết bị.Hình ảnh góc rộng đầu tiên được thực hiện bằng cách sử dụng ánh sáng trắng để phát hiện niêm mạc bất thường.Sau đó, ống nội soi được đưa qua kênh làm việc của ống nội soi và tiếp xúc với niêm mạc.
Hình ảnh nội soi trường rộng, nội soi nội soi đồng tiêu và hình ảnh mô học (H&E) được hiển thị cho u đại tràng, bao gồm u tuyến ống và polyp tăng sản. Hình ảnh nội soi trường rộng, nội soi nội soi đồng tiêu và hình ảnh mô học (H&E) được hiển thị cho u đại tràng, bao gồm u tuyến ống và polyp tăng sản. Широкопольная эндоскопия, конфокальная эндомикроскопия và гистологические (H&E) изображения показаны неоля bạn có thể làm điều đó, bạn có thể làm điều đó với bạn và bạn có thể làm điều đó. Nội soi đại tràng, nội soi nội soi đồng tiêu và hình ảnh mô học (H&E) được chỉ định cho u đại tràng, bao gồm u tuyến ống và polyp tăng sản.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Hình ảnh 果学(H&E). Широкопольная эндоскопия, конфокальная микроэндоскопия и гистологические (H&E) изображения, показывающие bạn có thể làm điều đó, bạn có thể làm điều đó và tìm cách giải quyết vấn đề. Nội soi trường rộng, nội soi vi mô đồng tiêu và hình ảnh mô học (H&E) cho thấy các khối u của đại tràng, bao gồm u tuyến ống và polyp tăng sản.U tuyến ống cho thấy mất cấu trúc hầm mộ bình thường, giảm kích thước của tế bào cốc, biến dạng của lòng nang và dày lớp đệm (Hình 4a-c).Các polyp tăng sản cho thấy cấu trúc hình sao của các hầm mộ, một số tế bào cốc, lòng các hầm mộ dạng khe và các hầm mộ dạng phiến không đều (Hình 4d-f).
Hình ảnh da dày niêm mạc in vivo. Hình ảnh nội soi ánh sáng trắng, kính hiển vi nội soi đồng tiêu và hình ảnh mô học (H&E) đại diện được hiển thị cho (ac) u tuyến, (df) polyp tăng sản, (gi) viêm loét đại tràng và (jl) viêm đại tràng Crohn. Hình ảnh nội soi ánh sáng trắng, kính hiển vi nội soi đồng tiêu và hình ảnh mô học (H&E) đại diện được hiển thị cho (ac) u tuyến, (df) polyp tăng sản, (gi) viêm loét đại tràng và (jl) viêm đại tràng Crohn. Bạn có thể làm điều đó bằng cách sử dụng tài khoản của bạn, để có được một khoản tiền lớn và một khoản tiền lớn (ac) аденомы, (df) гиперпластического полипа, (gi) язвенного колита и (jl) колита Крона. Hình ảnh nội soi ánh sáng trắng, kính hiển vi nội soi đồng tiêu và mô học (H&E) điển hình được hiển thị cho (ac) u tuyến, (df) polyp tăng sản, (gi) viêm loét đại tràng và (jl) viêm đại tràng Crohn.显示了(ac) 腺瘤、(df) 增生性息肉、(gi) 溃疡性结肠炎和(jl) 克罗恩结肠炎的代表性白光内窥镜检查共聚焦内窥镜检查和组织学( H&E) 图像。 Nó hiển thị(ac) 躰真、(df) 增生性息肉、(gi) 苏盖性红肠炎和(jl) 克罗恩红肠炎的体育性白光内肠肠炎性、共公司内肠肠炎性和电视学( H&E ) hình ảnh. Представлены репрезентативные эндоскопия в белом свете, конфокальная эндоскопия và гистология (ac) аденомы, гиперпластического полипоза, (gi) язвенного колита và (jl) колита Крона (H&E). Nội soi ánh sáng trắng đại diện, nội soi đồng tiêu và mô học của (ac) u tuyến, (df) polyp tăng sản, (gi) viêm loét đại tràng và (jl) viêm đại tràng Crohn (H&E) được hiển thị.(B) hiển thị hình ảnh đồng tiêu thu được in vivo từ u tuyến ống (TA) bằng ống nội soi (E).Tổn thương tiền ung thư này cho thấy sự mất đi cấu trúc ống mật bình thường (mũi tên), sự biến dạng của lòng ống mật (l) và sự đông đúc của lớp đệm mật (lp).Tế bào ruột già (c), tế bào cốc (g) và tế bào viêm (mũi tên) cũng có thể được xác định.smt.Video bổ sung 2. (e) hiển thị hình ảnh đồng tiêu thu được từ polyp tăng sản (HP) in vivo.Tổn thương lành tính này thể hiện cấu trúc mật mã hình sao (mũi tên), lòng mật mã giống như khe (l) và lớp đệm hình dạng không đều (lp).Tế bào ruột kết (c), một số tế bào cốc (g) và tế bào viêm (mũi tên) cũng có thể được xác định.smt.Video bổ sung 3. (h) hiển thị các hình ảnh đồng tiêu thu được trong viêm loét đại tràng (UC) in vivo.Tình trạng viêm này cho thấy cấu trúc mật tuyến bị biến dạng (mũi tên) và các tế bào cốc nổi rõ (g).Lông của fluorescein (f) được đùn ra từ tế bào biểu mô, phản ánh tính thấm của mạch tăng lên.Nhiều tế bào viêm (mũi tên) được nhìn thấy ở lớp đệm (lp).smt.Video bổ sung 4. (k) hiển thị hình ảnh đồng tiêu thu được in vivo từ một vùng viêm đại tràng Crohn (CC).Tình trạng viêm này cho thấy cấu trúc mật tuyến bị biến dạng (mũi tên) và các tế bào cốc nổi rõ (g).Lông của fluorescein (f) được đùn ra từ tế bào biểu mô, phản ánh tính thấm của mạch tăng lên.Nhiều tế bào viêm (mũi tên) được nhìn thấy ở lớp đệm (lp).smt.Video bổ sung 5. (b, d, h, l) Hình ảnh được xử lý bằng LabVIEW 2021.
Một bộ hình ảnh tương tự về viêm đại tràng được hiển thị, bao gồm viêm loét đại tràng (UC) (Hình 4g-i) và viêm đại tràng Crohn (Hình 4j-l).Phản ứng viêm được cho là đặc trưng bởi cấu trúc mật mã bị biến dạng với các tế bào cốc nhô ra.Fluorescein bị đẩy ra khỏi tế bào biểu mô, phản ánh sự tăng tính thấm của mạch máu.Một số lượng lớn các tế bào viêm có thể được nhìn thấy trong lớp đệm.
Chúng tôi đã chứng minh ứng dụng lâm sàng của máy nội soi laser đồng tiêu kết hợp sợi linh hoạt sử dụng máy quét MEMS được định vị ở xa để thu nhận hình ảnh in vivo.Ở tần số cộng hưởng, có thể đạt được tốc độ khung hình lên tới 20 Hz bằng cách sử dụng chế độ quét Lissajous mật độ cao để giảm các tạo tác chuyển động.Đường quang được gấp lại để mang lại sự mở rộng chùm tia và khẩu độ số đủ để đạt được độ phân giải ngang 1,1 µm.Hình ảnh huỳnh quang về chất lượng mô học thu được trong quá trình nội soi định kỳ niêm mạc đại tràng bình thường, u tuyến ống, polyp tăng sản, viêm loét đại tràng và viêm đại tràng Crohn.Các tế bào đơn lẻ có thể được xác định, bao gồm tế bào ruột kết, tế bào cốc và tế bào viêm.Các đặc điểm niêm mạc như cấu trúc mật mã, khoang mật mã và lớp đệm có thể được phân biệt.Phần cứng chính xác được gia công vi mô để đảm bảo căn chỉnh chính xác các bộ phận cơ học và quang học riêng lẻ trong thiết bị có đường kính 2,4 mm x chiều dài 10 mm.Thiết kế quang học làm giảm chiều dài của đầu xa cứng đủ để cho phép đi trực tiếp qua kênh làm việc có kích thước tiêu chuẩn (đường kính 3,2 mm) trong máy nội soi y tế.Vì vậy, dù là của hãng sản xuất nào thì thiết bị cũng có thể được các bác sĩ tại nơi cư trú sử dụng rộng rãi.Sự kích thích được thực hiện ở bước sóng λex = 488 nm để kích thích fluorescein, một loại thuốc nhuộm được FDA phê chuẩn, để thu được độ tương phản cao.Thiết bị đã được tái xử lý mà không gặp vấn đề gì trong 18 chu kỳ bằng các phương pháp khử trùng được chấp nhận về mặt lâm sàng.
Hai thiết kế dụng cụ khác đã được xác nhận lâm sàng.Cellvizio (Mauna Kea Technologies) là máy nội soi laser đồng tiêu dựa trên đầu dò (pCLE) sử dụng một bó cáp quang kết hợp đa mode để thu thập và truyền hình ảnh huỳnh quang1.Một gương galvo đặt trên trạm cơ sở thực hiện quét bên ở đầu gần.Các phần quang học được thu thập trong mặt phẳng nằm ngang (XY) với độ sâu từ 0 đến 70 µm.Bộ dụng cụ thăm dò vi mô có sẵn từ 0,91 (kim 19 G) đến đường kính 5 mm.Đã đạt được độ phân giải ngang từ 1 đến 3,5 µm.Hình ảnh được thu thập ở tốc độ khung hình từ 9 đến 12 Hz với trường nhìn một chiều từ 240 đến 600 µm.Nền tảng này đã được sử dụng lâm sàng ở nhiều lĩnh vực khác nhau bao gồm ống mật, bàng quang, đại tràng, thực quản, phổi và tuyến tụy.Optiscan Pty Ltd đã phát triển máy nội soi laser đồng tiêu dựa trên nội soi (eCLE) với công cụ quét được tích hợp trong ống chèn (đầu xa) của máy nội soi chuyên nghiệp (EC-3870K, Dụng cụ chính xác Pentax) 17 .Phần quang học được thực hiện bằng cách sử dụng sợi quang đơn mode và quá trình quét bên được thực hiện bằng cơ chế đúc hẫng thông qua một âm thoa cộng hưởng.Bộ truyền động Hợp kim nhớ hình dạng (Nitinol) được sử dụng để tạo ra chuyển vị dọc trục.Tổng đường kính của mô-đun tiêu điểm là 5 mm.Để lấy nét, người ta sử dụng thấu kính GRIN có khẩu độ số NA = 0,6.Hình ảnh ngang được thu được với độ phân giải ngang và dọc trục lần lượt là 0,7 và 7 µm, ở tốc độ khung hình 0,8–1,6 Hz và trường nhìn 500 µm × 500 µm.
Chúng tôi chứng minh khả năng thu nhận hình ảnh huỳnh quang in vivo có độ phân giải dưới tế bào từ cơ thể người thông qua ống nội soi y tế sử dụng máy quét MEMS đầu xa.Huỳnh quang cung cấp độ tương phản hình ảnh cao và các phối tử liên kết với các mục tiêu bề mặt tế bào có thể được dán nhãn bằng fluorophores để cung cấp nhận dạng phân tử nhằm cải thiện chẩn đoán bệnh18.Các kỹ thuật quang học khác dành cho nội soi vi mô in vivo cũng đang được phát triển. OCT sử dụng độ dài kết hợp ngắn từ nguồn sáng băng thông rộng để thu thập hình ảnh trong mặt phẳng thẳng đứng có độ sâu >1 mm19. OCT sử dụng độ dài kết hợp ngắn từ nguồn sáng băng thông rộng để thu thập hình ảnh trong mặt phẳng thẳng đứng có độ sâu >1 mm19. ОКТ использует короткую длину когерентности широкополосного источника света для сбора изображений вертил ьной плоскости с глубиной >1 mm19. OCT sử dụng độ dài kết hợp ngắn của nguồn sáng băng thông rộng để thu được hình ảnh trong mặt phẳng thẳng đứng với độ sâu >1 mm19. OCT 使用宽带光源的短相干长度来收集垂直平面中深度> 1 mm19 的图像。1mm19 的图像。 ОКТ использует короткую длину когерентности широкополосного источника света для сбора изображений на không >1 mm19 với вертикальной плоскости. OCT sử dụng độ dài kết hợp ngắn của nguồn sáng băng thông rộng để thu được hình ảnh >1 mm19 trong mặt phẳng thẳng đứng.Tuy nhiên, cách tiếp cận có độ tương phản thấp này dựa vào việc thu thập ánh sáng tán xạ ngược và độ phân giải hình ảnh bị hạn chế bởi các tạo tác lốm đốm.Nội soi quang âm tạo ra hình ảnh in vivo dựa trên sự giãn nở nhiệt đàn hồi nhanh chóng trong mô sau khi hấp thụ xung laser tạo ra sóng âm thanh20. Cách tiếp cận này đã chứng minh độ sâu hình ảnh >1 cm trong đại tràng người trong cơ thể sống để theo dõi liệu pháp. Cách tiếp cận này đã chứng minh độ sâu hình ảnh >1 cm trong đại tràng người trong cơ thể sống để theo dõi liệu pháp. Bạn có thể sử dụng thiết bị này > 1 centimet để có được thiết bị in vivo dành cho thiết bị di động. Cách tiếp cận này đã chứng minh độ sâu hình ảnh> 1 cm trong đại tràng người trong cơ thể sống để theo dõi trị liệu.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 ày. Cách tiếp cận này đã được chứng minh ở độ sâu hình ảnh >1 cm trong đại tràng người trong cơ thể sống để theo dõi liệu pháp điều trị.Chất tương phản chủ yếu được tạo ra bởi huyết sắc tố trong mạch máu.Nội soi đa photon tạo ra hình ảnh huỳnh quang có độ tương phản cao khi hai hoặc nhiều photon NIR chạm vào các phân tử sinh học mô cùng một lúc21. Cách tiếp cận này có thể đạt được độ sâu hình ảnh> 1 mm với độ độc quang thấp. Cách tiếp cận này có thể đạt được độ sâu hình ảnh> 1 mm với độ độc quang thấp. Bạn có thể sử dụng nó để đạt được mục tiêu > 1 phút с низкой фототоксичностью. Cách tiếp cận này có thể cung cấp độ sâu hình ảnh > 1 mm với độ độc quang thấp.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。 Bạn có thể sử dụng nó để đạt được mục tiêu > 1 phút с низкой фототоксичностью. Cách tiếp cận này có thể cung cấp độ sâu hình ảnh > 1 mm với độ độc quang thấp.Cần có xung laser femtosecond cường độ cao và phương pháp này chưa được chứng minh lâm sàng trong quá trình nội soi.
Trong nguyên mẫu này, máy quét chỉ thực hiện độ lệch ngang, do đó phần quang học nằm trong mặt phẳng nằm ngang (XY).Thiết bị có khả năng hoạt động ở tốc độ khung hình cao hơn (20 Hz) so với gương điện (12 Hz) trong hệ thống Cellvizio.Tăng tốc độ khung hình để giảm hiện vật chuyển động và giảm tốc độ khung hình để tăng tín hiệu.Cần có các thuật toán tự động và tốc độ cao để giảm thiểu các tạo tác chuyển động lớn do chuyển động nội soi, chuyển động hô hấp và nhu động ruột gây ra.Máy quét cộng hưởng tham số đã được chứng minh là đạt được độ dịch chuyển dọc trục vượt quá hàng trăm micron22. Hình ảnh có thể được thu thập trong mặt phẳng thẳng đứng (XZ), vuông góc với bề mặt niêm mạc, để cung cấp hình ảnh tương tự như mô học (H&E). Hình ảnh có thể được thu thập trong mặt phẳng thẳng đứng (XZ), vuông góc với bề mặt niêm mạc, để cung cấp hình ảnh tương tự như mô học (H&E). Изображения могут быть получены в вертикальной плоскости (XZ), перпендикулярной поверхности слизистой обол очки, чтобы обеспечить такое же изображение, как при гистологии (H&E). Hình ảnh có thể được chụp trong mặt phẳng thẳng đứng (XZ) vuông góc với bề mặt niêm mạc để cung cấp hình ảnh giống như trong mô học (H&E).可以在垂直于粘膜表面的垂直平面(XZ) 中收集图像,以提供与组织学(H&E) 相同的视图。可以在垂直于粘膜表面的垂直平面(XZ) 中收集图像,以提供与组织学(H&E) Изображения могут быть получены в вертикальной плоскости (XZ), перпендикулярной поверхности слизистой обол очки, чтобы обеспечить такое же изображение, как при гистологическом исследовании (H&E). Hình ảnh có thể được chụp trong mặt phẳng thẳng đứng (XZ) vuông góc với bề mặt niêm mạc để cung cấp hình ảnh giống như kiểm tra mô học (H&E).Máy quét có thể được đặt ở vị trí hậu vật kính nơi chùm tia chiếu sáng rơi dọc theo trục quang chính để giảm độ nhạy quang sai8.Các tiêu cự gần như bị giới hạn nhiễu xạ có thể bị lệch trên các trường nhìn lớn tùy ý.Quét truy cập ngẫu nhiên có thể được thực hiện để làm lệch các gương phản xạ đến các vị trí do người dùng xác định9.Trường nhìn có thể được giảm xuống để làm nổi bật các vùng tùy ý của hình ảnh, cải thiện tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu, độ tương phản và tốc độ khung hình.Máy quét có thể được sản xuất hàng loạt bằng các quy trình đơn giản.Hàng trăm thiết bị có thể được chế tạo trên mỗi tấm bán dẫn silicon để tăng sản lượng nhằm sản xuất hàng loạt với chi phí thấp và phân phối rộng rãi.
Đường dẫn ánh sáng gấp làm giảm kích thước của đầu xa cứng, giúp dễ dàng sử dụng ống nội soi như một phụ kiện trong quá trình nội soi định kỳ.Trong các hình ảnh huỳnh quang được hiển thị, có thể thấy các đặc điểm dưới tế bào của niêm mạc để phân biệt u tuyến ống (tiền ung thư) với polyp tăng sản (lành tính).Những kết quả này cho thấy nội soi có thể làm giảm số lượng sinh thiết không cần thiết23.Các biến chứng chung liên quan đến phẫu thuật có thể được giảm thiểu, khoảng thời gian theo dõi có thể được tối ưu hóa và phân tích mô học của các tổn thương nhỏ có thể được giảm thiểu.Chúng tôi cũng hiển thị hình ảnh in vivo của bệnh nhân mắc bệnh viêm ruột, bao gồm viêm loét đại tràng (UC) và viêm đại tràng Crohn.Nội soi đại tràng bằng ánh sáng trắng thông thường cung cấp cái nhìn vĩ mô về bề mặt niêm mạc với khả năng hạn chế để đánh giá chính xác quá trình lành vết thương.Nội soi có thể được sử dụng in vivo để đánh giá hiệu quả của các liệu pháp sinh học như kháng thể kháng TNF24.Đánh giá in vivo chính xác cũng có thể làm giảm hoặc ngăn ngừa bệnh tái phát và các biến chứng như phẫu thuật và cải thiện chất lượng cuộc sống.Không có phản ứng bất lợi nghiêm trọng nào được báo cáo trong các nghiên cứu lâm sàng liên quan đến việc sử dụng ống nội soi có chứa fluorescein in vivo25. Công suất laser trên bề mặt niêm mạc được giới hạn ở mức <2 mW để giảm thiểu nguy cơ tổn thương do nhiệt và đáp ứng các yêu cầu của FDA về rủi ro không đáng kể26 trên 21 CFR 812. Công suất laser trên bề mặt niêm mạc được giới hạn ở mức <2 mW để giảm thiểu nguy cơ tổn thương do nhiệt và đáp ứng các yêu cầu của FDA về rủi ro không đáng kể26 trên 21 CFR 812. Bạn có thể tìm thấy một khoản vay nhỏ hơn 2 tháng, чтобы свести к минимуму риск рмического повреждения và соответствовать требованиям FDA относительно незначительного риска26 согласно 21 CFR 812. Công suất laser ở bề mặt niêm mạc được giới hạn ở mức <2 mW để giảm thiểu nguy cơ tổn thương do nhiệt và đáp ứng các yêu cầu của FDA về rủi ro không đáng kể26 theo 21 CFR 812.并满足FDA 21 CFR 812的要求。粘膜表面的激光功率限制在<2 mW Bạn có thể tìm thấy một khoản vay nhỏ hơn 2 tháng, чтобы свести к минимуму риск рмического повреждения và соответствовать требованиям FDA 21 CFR 812 относительно незначительного риска26. Công suất laser ở bề mặt niêm mạc được giới hạn ở mức <2 mW để giảm thiểu nguy cơ tổn thương do nhiệt và đáp ứng các yêu cầu của FDA 21 CFR 812 về rủi ro không đáng kể26.
Thiết kế của thiết bị có thể được sửa đổi để cải thiện chất lượng hình ảnh.Quang học đặc biệt có sẵn để giảm quang sai hình cầu, cải thiện độ phân giải hình ảnh và tăng khoảng cách làm việc.SIL có thể được điều chỉnh để phù hợp hơn với chỉ số khúc xạ của mô (~1,4) nhằm cải thiện khả năng ghép ánh sáng.Tần số ổ đĩa có thể được điều chỉnh để tăng góc bên của máy quét và mở rộng trường nhìn hình ảnh.Bạn có thể sử dụng các phương pháp tự động để loại bỏ các khung của hình ảnh có chuyển động đáng kể nhằm giảm thiểu hiệu ứng này.Một mảng cổng lập trình trường (FPGA) với khả năng thu thập dữ liệu tốc độ cao sẽ được sử dụng để cung cấp hiệu chỉnh toàn khung hình theo thời gian thực hiệu suất cao.Để có tiện ích lâm sàng lớn hơn, các phương pháp tự động phải hiệu chỉnh các hiện tượng chuyển pha và chuyển động để giải thích hình ảnh theo thời gian thực.Máy quét cộng hưởng tham số 3 trục nguyên khối có thể được triển khai để giới thiệu tính năng quét trục 22 . Các thiết bị này đã được phát triển để đạt được độ dịch chuyển theo chiều dọc chưa từng có >400 µm bằng cách điều chỉnh tần số truyền động trong chế độ có đặc tính động lực làm mềm/làm cứng hỗn hợp27. Các thiết bị này đã được phát triển để đạt được độ dịch chuyển theo chiều dọc chưa từng có >400 µm bằng cách điều chỉnh tần số truyền động trong chế độ có đặc tính động lực làm mềm/làm cứng hỗn hợp27. Bạn có thể sử dụng tài khoản của mình để đạt được mức thanh toán > 400 điểm tối đa Bạn có thể làm điều đó với một trong những điều bạn cần làm để có được một danh sách các công cụ hỗ trợ của bạn. Các thiết bị này được thiết kế để đạt được độ dịch chuyển theo chiều dọc chưa từng có >400 µm bằng cách đặt tần số truyền động ở chế độ đặc trưng bởi động lực học mềm/cứng hỗn hợp27.Bạn có thể làm điều đó bằng cách有的>400 µm 的垂直位移27。Bạn có thể làm được điều đó không?现 的> 400 µm 的 垂直 位移 27。 Bạn có thể kiếm được nhiều tiền hơn khi đạt được mức tối đa >400 điểm tối đa Bạn có thể làm điều đó với một trong những điều kiện tiên quyết để đạt được mục tiêu 27. Các thiết bị này được thiết kế để đạt được chuyển vị thẳng đứng chưa từng có >400 µm bằng cách điều chỉnh tần số kích hoạt ở chế độ động học làm mềm/làm cứng hỗn hợp27.Trong tương lai, hình ảnh cắt ngang theo chiều dọc có thể giúp xác định giai đoạn ung thư sớm (T1a).Một mạch cảm biến điện dung có thể được triển khai để theo dõi chuyển động của máy quét và điều chỉnh sự dịch pha 28 .Hiệu chuẩn pha tự động bằng mạch cảm biến có thể thay thế hiệu chuẩn thiết bị thủ công trước khi sử dụng.Độ tin cậy của thiết bị có thể được cải thiện bằng cách sử dụng các kỹ thuật niêm phong thiết bị đáng tin cậy hơn để tăng số chu kỳ xử lý.Công nghệ MEMS hứa hẹn sẽ đẩy nhanh việc sử dụng máy nội soi để quan sát biểu mô của các cơ quan rỗng, chẩn đoán bệnh và theo dõi điều trị theo phương pháp xâm lấn tối thiểu.Với sự phát triển hơn nữa, phương thức hình ảnh mới này có thể trở thành một giải pháp chi phí thấp được sử dụng như một công cụ hỗ trợ cho máy nội soi y tế để kiểm tra mô học ngay lập tức và cuối cùng có thể thay thế phân tích bệnh lý truyền thống.
Mô phỏng dò tia được thực hiện bằng phần mềm thiết kế quang học ZEMAX (phiên bản 2013) để xác định các thông số của hệ thống quang học lấy nét.Tiêu chí thiết kế bao gồm độ phân giải trục gần nhiễu xạ, khoảng cách làm việc = 0 µm và trường nhìn (FOV) lớn hơn 250 × 250 µm2.Để kích thích ở bước sóng λex = 488 nm, người ta sử dụng sợi quang đơn mode (SMF).Bộ đôi sắc nét được sử dụng để giảm phương sai của bộ sưu tập huỳnh quang (Hình 5a).Chùm tia đi qua SMF với đường kính trường chế độ là 3,5 μm và không bị cắt cụt đi qua tâm của gương phản xạ có đường kính khẩu độ 50 μm.Sử dụng thấu kính ngâm cứng (bán cầu) có chiết suất cao (n = 2,03) để giảm thiểu quang sai hình cầu của chùm tia tới và đảm bảo tiếp xúc hoàn toàn với bề mặt niêm mạc.Quang học hội tụ cung cấp tổng NA = 0,41, trong đó NA = nsinα, n là chỉ số khúc xạ của mô, α là góc hội tụ chùm tia tối đa.Độ phân giải theo trục và giới hạn nhiễu xạ lần lượt là 0,44 và 6,65 µm, sử dụng NA = 0,41, λ = 488 nm và n = 1,3313.Chỉ những thấu kính có bán trên thị trường có đường kính ngoài (OD) 2 mm mới được xem xét.Đường quang bị gấp lại và chùm tia rời khỏi SMF đi qua khẩu độ trung tâm của máy quét và bị phản xạ trở lại bởi một gương cố định (đường kính 0,29 mm).Cấu hình này rút ngắn chiều dài của đầu xa cứng để tạo điều kiện thuận lợi cho ống nội soi đi qua kênh làm việc tiêu chuẩn (đường kính 3,2 mm) của ống nội soi y tế.Tính năng này giúp dễ dàng sử dụng như một phụ kiện trong quá trình nội soi thông thường.
Hướng dẫn ánh sáng gấp và bao bì nội soi.(a) Chùm tia kích thích thoát ra khỏi OBC và đi qua khẩu độ trung tâm của máy quét.Chùm tia được mở rộng và phản xạ từ một gương tròn cố định trở lại máy quét để làm lệch phương.Hệ thống quang học hội tụ bao gồm một cặp thấu kính kép tiêu sắc và một thấu kính ngâm rắn (bán cầu) tiếp xúc với bề mặt niêm mạc.ZEMAX 2013 (https://www.zemax.com/) dành cho thiết kế quang học và mô phỏng dò tia.(b) Hiển thị vị trí của các bộ phận khác nhau của thiết bị, bao gồm sợi quang đơn mode (SMF), máy quét, gương và thấu kính.Solidworks 2016 (https://www.solidworks.com/) đã được sử dụng để tạo mô hình 3D của bao bì nội soi.
Một SMF (#460HP, Thorlabs) có đường kính trường chế độ là 3,5 µm ở bước sóng 488 nm đã được sử dụng làm “lỗ” để lọc không gian ánh sáng mất nét (Hình 5b).SMF được đặt trong các ống polyme dẻo (#Pebax 72D, Nordson MEDICAL).Chiều dài khoảng 4 mét được sử dụng để đảm bảo đủ khoảng cách giữa bệnh nhân và hệ thống hình ảnh.Một cặp thấu kính kép tiêu sắc được phủ 2 mm MgF2 (#65568, #65567, Edmund Optics) và một thấu kính bán cầu không tráng phủ 2 mm (#90858, Edmund Optics) đã được sử dụng để hội tụ chùm tia và thu huỳnh quang.Chèn một ống cuối bằng thép không gỉ (dài 4 mm, 2,0 mm OD, 1,6 mm ID) giữa nhựa và ống ngoài để cách ly độ rung của máy quét.Sử dụng chất kết dính y tế để bảo vệ thiết bị khỏi dịch cơ thể và các quy trình xử lý.Sử dụng ống co nhiệt để bảo vệ các đầu nối.
Máy quét nhỏ gọn được chế tạo theo nguyên tắc cộng hưởng tham số.Khắc một lỗ 50 µm ở giữa gương phản xạ để truyền chùm tia kích thích.Sử dụng một bộ truyền động điều khiển lược cầu phương, chùm tia mở rộng bị lệch theo hướng trực giao (mặt phẳng XY) ở chế độ Lissajous.Một bảng thu thập dữ liệu (#DAQ PCI-6115, NI) đã được sử dụng để tạo tín hiệu tương tự để điều khiển máy quét.Nguồn được cung cấp bởi bộ khuếch đại điện áp cao (#PDm200, PiezoDrive) thông qua dây dẫn mỏng (#B4421241, MWS Wire Industries).Thực hiện nối dây trên phần ứng điện cực.Máy quét hoạt động ở tần số gần 15 kHz (trục nhanh) và 4 kHz (trục chậm) để đạt được FOV lên tới 250 µm × 250 µm.Video có thể được quay ở tốc độ khung hình 10, 16 hoặc 20 Hz.Các tốc độ khung hình này được sử dụng để khớp với tốc độ lặp lại của mẫu quét Lissajous, phụ thuộc vào giá trị tần số kích thích X và Y của máy quét29.Chi tiết về sự cân bằng giữa tốc độ khung hình, độ phân giải pixel và mật độ mẫu quét được trình bày trong công việc trước đây của chúng tôi14.
Laser trạng thái rắn (#OBIS 488 LS, kết hợp) cung cấp λex = 488 nm để kích thích fluorescein để tạo độ tương phản hình ảnh (Hình 6a).Bím tóc quang được kết nối với bộ lọc thông qua đầu nối FC/APC (tổn thất 1,82 dB) (Hình 6b).Chùm tia bị lệch bởi gương lưỡng sắc (#WDM-12P-111-488/500:600, Oz Optics) trong SMF thông qua một đầu nối FC/APC khác.Theo 21 CFR 812, công suất tới mô được giới hạn ở mức tối đa 2 mW để đáp ứng các yêu cầu của FDA về rủi ro không đáng kể.Huỳnh quang được truyền qua gương lưỡng sắc và bộ lọc truyền dài (#BLP01-488R, Semrock).Huỳnh quang được truyền đến máy dò ống nhân quang (PMT) (#H7422-40, Hamamatsu) thông qua đầu nối FC/PC sử dụng sợi đa mode dài ~ 1 m với đường kính lõi 50 µm.Tín hiệu huỳnh quang được khuếch đại bằng bộ khuếch đại dòng điện tốc độ cao (#59-179, Edmund Optics).Phần mềm đặc biệt (LabVIEW 2021, NI) đã được phát triển để thu thập dữ liệu và xử lý hình ảnh theo thời gian thực.Cài đặt công suất laser và mức tăng PMT được xác định bởi bộ vi điều khiển (#Arduino UNO, Arduino) bằng cách sử dụng bảng mạch in đặc biệt.SMF và các dây kết thúc bằng các đầu nối và kết nối với các cổng cáp quang (F) và có dây (W) trên trạm gốc (Hình 6c).Hệ thống hình ảnh được đặt trên một chiếc xe đẩy di động (Hình 6d). Một máy biến áp cách ly đã được sử dụng để hạn chế dòng rò ở mức <500 μA. Một máy biến áp cách ly đã được sử dụng để hạn chế dòng rò ở mức <500 μA. Bạn có thể kiếm được khoảng 500 đô la cho một khoản tiền lớn. Một máy biến áp cách ly được sử dụng để hạn chế dòng rò ở mức <500 µA.使用隔离变压器将泄漏电流限制在<500 μA。 <500 A。 Bạn có thể kiếm được nhiều tiền hơn nếu bạn kiếm được khoảng 500 đô la. Sử dụng biến áp cách ly để hạn chế dòng rò ở mức <500µA.
hệ thống trực quan.(a) PMT, tia laser và bộ khuếch đại ở trạm gốc.(b) Trong dãy bộ lọc, tia laser (màu xanh) đang truyền qua cáp quang thông qua đầu nối FC/APC.Chùm tia bị lệch bởi gương lưỡng sắc (DM) thành sợi đơn mode (SMF) thông qua đầu nối FC/APC thứ hai.Huỳnh quang (màu xanh lá cây) truyền qua DM và bộ lọc thông dài (LPF) đến PMT thông qua sợi đa mode (MMF).(c) Đầu gần của ống nội soi được kết nối với cổng cáp quang (F) và có dây (W) của trạm gốc.(d) Máy nội soi, màn hình, trạm gốc, máy tính và máy biến áp cách ly trên xe đẩy di động.(a, c) Solidworks 2016 được sử dụng để tạo mô hình 3D của hệ thống hình ảnh và các thành phần nội soi.
Độ phân giải theo trục và ngang của thấu kính lấy nét được đo từ hàm trải rộng điểm của kính hiển vi huỳnh quang (#F8803, Thermo Fisher Scientific) có đường kính 0,1 µm.Thu thập hình ảnh bằng cách dịch các vi cầu theo chiều ngang và chiều dọc theo các bước 1 µm bằng cách sử dụng giai đoạn tuyến tính (# M-562-XYZ, DM-13, Newport).Ngăn xếp hình ảnh bằng ImageJ2 để thu được hình ảnh cắt ngang của kính hiển vi.
Phần mềm đặc biệt (LabVIEW 2021, NI) đã được phát triển để thu thập dữ liệu và xử lý hình ảnh theo thời gian thực.Trên hình.Hình 7 thể hiện tổng quan về các quy trình được sử dụng để vận hành hệ thống.Giao diện người dùng bao gồm thu thập dữ liệu (DAQ), bảng điều khiển chính và bảng điều khiển.Bảng thu thập dữ liệu tương tác với bảng chính để thu thập và lưu trữ dữ liệu thô, cung cấp đầu vào cho cài đặt thu thập dữ liệu tùy chỉnh và quản lý cài đặt trình điều khiển máy quét.Bảng điều khiển chính cho phép người dùng chọn cấu hình mong muốn để sử dụng máy nội soi, bao gồm tín hiệu điều khiển máy quét, tốc độ khung hình video và các thông số thu nhận.Bảng điều khiển này cũng cho phép người dùng hiển thị và kiểm soát độ sáng và độ tương phản của hình ảnh.Sử dụng dữ liệu thô làm đầu vào, thuật toán sẽ tính toán cài đặt mức tăng tối ưu cho PMT và tự động điều chỉnh tham số này bằng hệ thống điều khiển phản hồi tích phân tỷ lệ (PI)16.Bảng điều khiển tương tác với bảng chính và bảng thu thập dữ liệu để điều khiển công suất laser và mức tăng PMT.
Kiến trúc phần mềm hệ thống.Giao diện người dùng bao gồm các mô-đun (1) thu thập dữ liệu (DAQ), (2) bảng điều khiển chính và (3) bảng điều khiển.Các chương trình này chạy đồng thời và liên lạc với nhau thông qua hàng đợi tin nhắn.Chìa khóa là MEMS: Hệ thống vi cơ điện tử, TDMS: Luồng điều khiển dữ liệu kỹ thuật, PI: Tích phân tỷ lệ, PMT: Bộ nhân quang.Các tập tin hình ảnh và video lần lượt được lưu ở định dạng BMP và AVI.
Thuật toán hiệu chỉnh pha được sử dụng để tính toán độ phân tán cường độ pixel của hình ảnh ở các giá trị pha khác nhau nhằm xác định giá trị tối đa được sử dụng để làm sắc nét hình ảnh.Để hiệu chỉnh thời gian thực, phạm vi quét pha là ±2,86° với bước tương đối lớn là 0,286° để giảm thời gian tính toán.Ngoài ra, việc sử dụng các phần của hình ảnh có ít mẫu hơn sẽ làm giảm thời gian tính toán khung hình từ 7,5 giây (1 Msample) xuống 1,88 giây (250 Ksample) ở tần số 10 Hz.Các thông số đầu vào này được chọn để cung cấp chất lượng hình ảnh phù hợp với độ trễ tối thiểu trong quá trình chụp ảnh in vivo.Hình ảnh và video trực tiếp được ghi ở định dạng BMP và AVI tương ứng.Dữ liệu thô được lưu trữ ở Định dạng luồng quản lý dữ liệu kỹ thuật (TMDS).
Xử lý hậu kỳ hình ảnh in vivo để cải thiện chất lượng với LabVIEW 2021. Độ chính xác bị hạn chế khi sử dụng thuật toán hiệu chỉnh pha trong quá trình chụp ảnh in vivo do yêu cầu thời gian tính toán dài.Chỉ sử dụng các vùng hình ảnh và số lượng mẫu hạn chế.Ngoài ra, thuật toán không hoạt động tốt đối với hình ảnh có hiện tượng chuyển động hoặc độ tương phản thấp và dẫn đến lỗi tính toán pha30.Các khung hình riêng lẻ có độ tương phản cao và không có tạo tác chuyển động được chọn thủ công để tinh chỉnh pha với phạm vi quét pha là ±0,75° trong các bước 0,01°.Toàn bộ vùng hình ảnh đã được sử dụng (ví dụ: 1 M mẫu hình ảnh được ghi ở tần số 10 Hz).Bảng S2 nêu chi tiết các tham số hình ảnh được sử dụng cho thời gian thực và xử lý hậu kỳ.Sau khi hiệu chỉnh pha, bộ lọc trung vị được sử dụng để giảm nhiễu hình ảnh hơn nữa.Độ sáng và độ tương phản được cải thiện hơn nữa bằng cách kéo dài biểu đồ và hiệu chỉnh gamma31.
Các thử nghiệm lâm sàng đã được phê duyệt bởi Hội đồng Đánh giá Tổ chức Y tế Michigan và được thực hiện tại Khoa Thủ tục Y tế.Nghiên cứu này được đăng ký trực tuyến với ClinicTrials.gov (NCT03220711, ngày đăng ký: 18/07/2017).Tiêu chí thu nhận bao gồm các bệnh nhân (từ 18 đến 100 tuổi) đã được nội soi đại tràng theo kế hoạch trước đó, tăng nguy cơ ung thư đại trực tràng và có tiền sử bệnh viêm ruột.Có được sự đồng ý từ mỗi đối tượng đồng ý tham gia.Tiêu chí loại trừ là những bệnh nhân đang mang thai, được biết là quá mẫn cảm với fluorescein hoặc đang trải qua quá trình hóa trị hoặc xạ trị tích cực.Nghiên cứu này bao gồm các bệnh nhân liên tiếp được lên lịch nội soi định kỳ và là đại diện cho dân số của Trung tâm Y tế Michigan.Nghiên cứu được thực hiện theo Tuyên bố Helsinki.
Trước khi phẫu thuật, hiệu chỉnh máy nội soi bằng hạt huỳnh quang 10 µm (#F8836, Thermo Fisher Scientific) gắn trong khuôn silicon.Chất trám silicone mờ (#RTV108, Momentive) được đổ vào khuôn nhựa 8 cm3 in 3D.Thả các hạt huỳnh quang nước lên trên silicone và để cho đến khi môi trường nước khô.
Toàn bộ đại tràng được kiểm tra bằng máy nội soi y tế tiêu chuẩn (Olympus, CF-HQ190L) với ánh sáng trắng.Sau khi bác sĩ nội soi xác định được khu vực bị bệnh, khu vực đó được rửa bằng 5-10 ml axit axetic 5%, sau đó dùng nước vô trùng để loại bỏ chất nhầy và mảnh vụn.Một liều 5 ml fluorescein 5 mg/ml (Alcon, Fluorescite) được tiêm vào tĩnh mạch hoặc phun tại chỗ lên niêm mạc bằng ống thông tiêu chuẩn (M00530860, Boston Scientific) được đưa qua kênh làm việc.
Sử dụng máy tưới để loại bỏ thuốc nhuộm hoặc mảnh vụn dư thừa trên bề mặt niêm mạc.Tháo ống thông khí dung và đưa ống nội soi qua kênh làm việc để thu được hình ảnh trước khi chết.Sử dụng hướng dẫn nội soi trường rộng để định vị đầu xa trong vùng mục tiêu. Tổng thời gian được sử dụng để thu thập hình ảnh đồng tiêu là <10 phút. Tổng thời gian được sử dụng để thu thập hình ảnh đồng tiêu là <10 phút. Nếu bạn muốn, bạn có thể đạt được mức tối đa là 10 phút. Tổng thời gian thực hiện để thu thập hình ảnh đồng tiêu là <10 phút.Tổng thời gian thu nhận hình ảnh đồng tiêu là dưới 10 phút.Video ánh sáng trắng nội soi được xử lý bằng hệ thống hình ảnh Olympus EVIS EXERA III (CLV-190) và được ghi bằng máy quay video Elgato HD.Sử dụng LabVIEW 2021 để ghi và lưu video nội soi.Sau khi chụp ảnh xong, ống nội soi được lấy ra và mô cần quan sát sẽ được cắt bỏ bằng kẹp sinh thiết hoặc bẫy. Các mô được xử lý để phân tích mô học thông thường (H&E) và được đánh giá bởi một chuyên gia về bệnh lý đường tiêu hóa (HDA). Các mô được xử lý để phân tích mô học thông thường (H&E) và được đánh giá bởi một chuyên gia về bệnh lý đường tiêu hóa (HDA). Ткани были обработаны для обычной гистологии (H&E) và оценены экспертом-патологом желудочно-кишечного cái chết (HDA). Các mô được xử lý để phân tích mô học thông thường (H&E) và được đánh giá bởi một chuyên gia về bệnh lý đường tiêu hóa (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) và оценены экспертом-патологом желудочно-кишечного cái chết (HDA). Các mô được xử lý để phân tích mô học thông thường (H&E) và được đánh giá bởi một chuyên gia về bệnh lý đường tiêu hóa (HDA).Các đặc tính quang phổ của fluorescein đã được xác nhận bằng máy quang phổ (USB2000+, Ocean Optics) như trong Hình S2.
Ống nội soi được khử trùng sau mỗi lần sử dụng (Hình 8).Quy trình làm sạch được thực hiện dưới sự chỉ đạo và phê duyệt của Khoa Kiểm soát Nhiễm trùng và Dịch tễ học của Trung tâm Y tế Michigan và Đơn vị Xử lý Vô trùng Trung ương. Trước cuộc nghiên cứu, các dụng cụ này đã được thử nghiệm và xác nhận khả năng khử trùng bởi Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), một đơn vị thương mại cung cấp các dịch vụ xác nhận khử trùng và ngăn ngừa nhiễm trùng. Trước cuộc nghiên cứu, các dụng cụ này đã được thử nghiệm và xác nhận khả năng khử trùng bởi Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), một đơn vị thương mại cung cấp các dịch vụ xác nhận khử trùng và ngăn ngừa nhiễm trùng. Các sản phẩm tiệt trùng nâng cao (ASP, Johnson & Johnson), еской организацией, предоставляющей услуги по профилактике инфекций và проверке стерилизации. Trước khi nghiên cứu, các dụng cụ đã được thử nghiệm và phê duyệt để khử trùng bởi Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), một tổ chức thương mại cung cấp các dịch vụ xác minh khử trùng và ngăn ngừa nhiễm trùng. Được cung cấp bởi các sản phẩm tiệt trùng tiên tiến (ASP, Johnson & Johnson), коммерческой организацией, và tôi đang cố gắng đạt được điều đó và đạt được điều đó. Dụng cụ đã được khử trùng và kiểm tra trước khi nghiên cứu bởi Advanced Sterilization Products (ASP, Johnson & Johnson), một tổ chức thương mại cung cấp các dịch vụ xác minh khử trùng và ngăn ngừa nhiễm trùng.
Tái chế công cụ.(a) Ống nội soi được đặt vào khay sau mỗi lần khử trùng bằng quy trình xử lý STERRAD.(b) SMF và dây dẫn được kết thúc bằng các đầu nối cáp quang và điện tương ứng, được đóng lại trước khi tái xử lý.
Làm sạch ống nội soi bằng cách thực hiện như sau: (1) lau ống nội soi bằng vải không có xơ ngâm trong chất tẩy rửa enzym từ đầu đến cuối;(2) Nhúng dụng cụ vào dung dịch tẩy rửa enzym trong nước trong 3 phút.vải không có xơ.Các đầu nối điện và cáp quang được che phủ và loại bỏ khỏi dung dịch;(3) Ống nội soi được bọc và đặt vào khay dụng cụ để khử trùng bằng STERRAD 100NX, plasma khí hydro peroxide.môi trường có nhiệt độ tương đối thấp và độ ẩm thấp.
Các bộ dữ liệu được sử dụng và/hoặc phân tích trong nghiên cứu hiện tại được cung cấp bởi các tác giả tương ứng theo yêu cầu hợp lý.
Pilonis, ND, Januszewicz, W. & di Pietro, M. Nội soi bằng laser đồng tiêu trong nội soi dạ dày-ruột: Các khía cạnh kỹ thuật và ứng dụng lâm sàng. Pilonis, ND, Januszewicz, W. & di Pietro, M. Nội soi bằng laser đồng tiêu trong nội soi dạ dày-ruột: Các khía cạnh kỹ thuật và ứng dụng lâm sàng.Pilonis, ND, Januszewicz, V. i di Pietro, M. Nội soi laser đồng tiêu trong nội soi đường tiêu hóa: các khía cạnh kỹ thuật và ứng dụng lâm sàng. 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:技术方面和临床应用。 Pilonis, ND, Januszewicz, W. & di Pietro, M. 共载肠分别在在在共公司设计在在机机: Khía cạnh kỹ thuật và ứng dụng lâm sàng.Pilonis, ND, Januszewicz, V. i di Pietro, M. Nội soi laser đồng tiêu trong nội soi đường tiêu hóa: các khía cạnh kỹ thuật và ứng dụng lâm sàng.dịch heparin đường tiêu hóa.7, 7 (2022).
Al-Mansour, MR và cộng sự.Phân tích tính an toàn và hiệu quả của Nội soi nội soi bằng laser đồng tiêu SAGES TAVAC.Hoạt động.Nội soi 35, 2091–2103 (2021).
Fugazza, A. và cộng sự.Nội soi laser đồng tiêu trong các bệnh về đường tiêu hóa và tuyến tụy: tổng quan hệ thống và phân tích tổng hợp.Khoa học y sinh.bể chứa.nội bộ 2016, 4638683 (2016).