شكرا لكم لزيارة Nature.com.أنت تستخدم إصدار متصفح مع دعم محدود لـ CSS.للحصول على أفضل تجربة، نوصي باستخدام متصفح محدث (أو تعطيل وضع التوافق في Internet Explorer).بالإضافة إلى ذلك، ولضمان الدعم المستمر، نعرض الموقع بدون أنماط وجافا سكريبت.
يعرض دائريًا مكونًا من ثلاث شرائح في وقت واحد.استخدم الزرين السابق والتالي للتنقل عبر ثلاث شرائح في المرة الواحدة، أو استخدم أزرار التمرير الموجودة في النهاية للتنقل عبر ثلاث شرائح في المرة الواحدة.
التنظير بالليزر متحد البؤر هو طريقة جديدة للخزعة الضوئية في الوقت الحقيقي.يمكن الحصول على صور الفلورسنت ذات الجودة النسيجية على الفور من ظهارة الأعضاء المجوفة.في الوقت الحالي، يتم إجراء المسح بشكل قريب باستخدام أدوات قائمة على المسبار شائعة الاستخدام في الممارسة السريرية، مع مرونة محدودة في التحكم في التركيز.نعرض استخدام ماسح الرنين البارامترى المثبت في الطرف البعيد للمنظار لإجراء انحراف جانبي عالي السرعة.تم حفر ثقب في وسط العاكس لثني مسار الضوء.يقلل هذا التصميم من حجم الجهاز إلى 2.4 مم قطرًا و10 مم طولاً، مما يسمح بتمريره للأمام من خلال قناة عمل المناظير الطبية القياسية.توفر العدسة المدمجة دقة عرض جانبية ومحورية تبلغ 1.1 و13.6 ميكرومتر على التوالي.يتم تحقيق مسافة عمل تبلغ 0 ميكرومتر ومجال رؤية يبلغ 250 ميكرومتر × 250 ميكرومتر بمعدلات إطارات تصل إلى 20 هرتز.الإثارة عند 488 نانومتر تثير الفلورسين، وهي صبغة معتمدة من إدارة الغذاء والدواء الأمريكية لتباين الأنسجة العالي.تمت إعادة معالجة المناظير لمدة 18 دورة دون فشل باستخدام طرق التعقيم المعتمدة سريريًا.تم الحصول على صور الفلورسنت من الغشاء المخاطي القولوني الطبيعي، والأورام الغدية الأنبوبية، والأورام الحميدة المفرطة التنسج، والتهاب القولون التقرحي، والتهاب القولون كرون أثناء تنظير القولون الروتيني.ويمكن التعرف على الخلايا المفردة، بما في ذلك الخلايا القولونية، والخلايا الكأسية، والخلايا الالتهابية.يمكن تمييز السمات المخاطية مثل هياكل القبو، وتجويف القبو، والصفيحة المخصوصة.يمكن استخدام الأداة كعامل مساعد للتنظير التقليدي.
التنظير بالليزر متحد البؤر هو طريقة تصوير جديدة يجري تطويرها للاستخدام السريري كمساعد للتنظير الداخلي الروتيني.يمكن استخدام هذه الأدوات المرنة المتصلة بالألياف الضوئية للكشف عن الأمراض في الخلايا الظهارية التي تبطن الأعضاء المجوفة، مثل القولون.هذه الطبقة الرقيقة من الأنسجة نشطة للغاية في التمثيل الغذائي وهي مصدر للعديد من العمليات المرضية مثل السرطان والعدوى والالتهابات.يمكن أن يحقق التنظير الداخلي دقة دون خلوية، مما يوفر جودة شبه نسيجية في الوقت الفعلي في صور الجسم الحي لمساعدة الأطباء على اتخاذ القرارات السريرية.تحمل خزعة الأنسجة الجسدية خطر النزيف والانثقاب.غالبًا ما يتم جمع عدد كبير جدًا أو قليل جدًا من عينات الخزعة.كل عينة تتم إزالتها تزيد من تكلفة الجراحة.يستغرق الأمر عدة أيام حتى يتم تقييم العينة من قبل أخصائي علم الأمراض.خلال أيام انتظار نتائج علم الأمراض، غالبا ما يعاني المرضى من القلق.في المقابل، تفتقر طرائق التصوير السريري الأخرى مثل التصوير بالرنين المغناطيسي، والتصوير المقطعي المحوسب، والتصوير المقطعي المحوسب (SPECT)، والموجات فوق الصوتية إلى الدقة المكانية والسرعة الزمنية المطلوبة لتصور العمليات الظهارية في الجسم الحي بدقة دون خلوية في الوقت الفعلي.
تُستخدم حاليًا أداة قائمة على المسبار (Cellvizio) بشكل شائع في العيادات لإجراء "الخزعة البصرية".يعتمد التصميم على حزمة ألياف بصرية متماسكة مكانيًا تقوم بجمع ونقل الصور الفلورية.يعمل قلب الألياف المفرد بمثابة "ثقب" لتصفية الضوء غير المركز مكانيًا من أجل الدقة دون الخلوية.يتم إجراء المسح بشكل قريب باستخدام جلفانومتر كبير الحجم.يحد هذا الحكم من قدرة أداة التحكم في التركيز.يتطلب التدريج المناسب للسرطان الظهاري المبكر التصور تحت سطح الأنسجة لتقييم الغزو وتحديد العلاج المناسب.يتم إعطاء الفلورسين، وهو عامل تباين معتمد من قبل إدارة الغذاء والدواء، عن طريق الوريد لتسليط الضوء على السمات الهيكلية للظهارة. يبلغ قطر هذه المناظير الداخلية أقل من 2.4 مم، ويمكن تمريرها للأمام بسهولة من خلال قناة الخزعة الخاصة بالمناظير الطبية القياسية. يبلغ قطر هذه المناظير الداخلية أقل من 2.4 مم، ويمكن تمريرها للأمام بسهولة من خلال قناة الخزعة الخاصة بالمناظير الطبية القياسية. تحتوي هذه المجاهر على أحجام أقل من 2,4 مم في القطر ويمكن اختبارها بسهولة من خلال قناة الخزعة الطبية القياسية оскопов. يبلغ قطر هذه المناظير الداخلية أقل من 2.4 مم ويمكن تمريرها بسهولة عبر قناة الخزعة الخاصة بالمناظير الطبية القياسية.يبلغ قطر هذه المناظير أقل من 2.4 ملم، ويمكنها المرور بسهولة عبر قناة الخزعة الخاصة بالمناظير الطبية القياسية.تسمح هذه المرونة بمجموعة واسعة من التطبيقات السريرية وهي مستقلة عن الشركات المصنعة للمناظير الداخلية.تم إجراء العديد من الدراسات السريرية باستخدام جهاز التصوير هذا، بما في ذلك الكشف المبكر عن سرطانات المريء والمعدة والقولون وتجويف الفم.وقد تم تطوير بروتوكولات التصوير وتم التأكد من سلامة الإجراء.
تعد الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) تقنية قوية لتصميم وتصنيع آليات المسح الصغيرة المستخدمة في النهاية البعيدة للمناظير الداخلية.يسمح هذا الموضع (بالنسبة إلى الداني) بمرونة أكبر في التحكم في موضع التركيز.بالإضافة إلى الانحراف الجانبي، يمكن للآلية البعيدة أيضًا إجراء عمليات مسح محوري، ومسح ما بعد الهدف، ومسح الوصول العشوائي.تتيح هذه القدرات استجوابًا أكثر شمولاً للخلايا الظهارية، بما في ذلك التصوير العمودي المقطعي7، والمسح الضوئي الخالي من الانحراف في مجال الرؤية الكبير، وتحسين الأداء في المناطق الفرعية المحددة من قبل المستخدم9.تعمل الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة على حل المشكلة الخطيرة المتمثلة في تغليف محرك المسح بالمساحة المحدودة المتاحة في الطرف البعيد من الجهاز.بالمقارنة مع الجلفانومترات الضخمة، توفر الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة أداءً فائقًا بحجم صغير وسرعة عالية واستهلاك منخفض للطاقة.يمكن توسيع نطاق عملية التصنيع البسيطة للإنتاج الضخم بتكلفة منخفضة.تم الإبلاغ سابقًا عن العديد من تصميمات MEMS .لم يتم حتى الآن تطوير أي من التقنيات بشكل كافٍ لتمكين الاستخدام السريري على نطاق واسع للتصوير في الوقت الفعلي في الجسم الحي من خلال قناة عمل المنظار الطبي.هنا، نحن نهدف إلى إظهار استخدام الماسح الضوئي MEMS في الطرف البعيد من المنظار للحصول على الصور البشرية في الجسم الحي أثناء التنظير السريري الروتيني.
تم تطوير أداة ألياف بصرية باستخدام ماسح ضوئي MEMS في الطرف البعيد لجمع صور الفلورسنت في الوقت الحقيقي ذات الخصائص النسيجية المماثلة.يتم وضع ألياف أحادية الوضع (SMF) في أنبوب بوليمر مرن ويتم تحفيزها عند 488 = 488 نانومتر.يعمل هذا التكوين على تقصير طول الطرف البعيد ويسمح بتمريره للأمام من خلال قناة عمل المناظير الطبية القياسية.استخدم الطرف لتوسيط البصرية.تم تصميم هذه العدسات لتحقيق دقة محورية تقريبًا مع فتحة رقمية (NA) = 0.41 ومسافة عمل = 0 ميكرومتر13.يتم تصنيع الحشوات الدقيقة لمحاذاة البصريات بدقة 14. يتم تعبئة الماسح الضوئي في منظار داخلي بطرف بعيد صلب يبلغ قطره 2.4 مم وطوله 10 مم (الشكل 1 أ).تسمح هذه الأبعاد باستخدامه في الممارسة السريرية كملحق أثناء التنظير (الشكل 1 ب).كانت القوة القصوى لحادثة الليزر على الأنسجة 2 ميجاوات.
التنظير الداخلي بالليزر متحد البؤر (CLE) والماسحات الضوئية MEMS.صورة توضح (أ) أداة معبأة ذات أبعاد طرفية بعيدة صلبة يبلغ قطرها 2.4 مم وطولها 10 مم و (ب) ممر مستقيم عبر قناة العمل للمنظار الطبي القياسي (Olympus CF-HQ190L).(ج) منظر أمامي للماسح الضوئي يُظهر عاكسًا بفتحة مركزية تبلغ 50 ميكرومترًا يمر من خلالها شعاع الإثارة.تم تركيب الماسح الضوئي على محور محوري يتم تشغيله بواسطة مجموعة من محركات الأقراص المشطية التربيعية.يتم تحديد تردد الرنين للجهاز حسب حجم زنبرك الالتواء.(د) منظر جانبي للماسح الضوئي يُظهر الماسح الضوئي مثبتًا على حامل بأسلاك متصلة بمثبتات القطب الكهربائي التي توفر نقاط اتصال لإشارات المحرك والطاقة.
تتكون آلية المسح من عاكس مثبت على المحورين، يتم تشغيله بواسطة مجموعة من مشغلات التربيع التي يحركها المشط لتحرف الشعاع جانبيًا (المستوى XY) في نمط Lissajous (الشكل 1 ج).تم حفر ثقب قطره 50 ميكرومتر في المركز يمر من خلاله شعاع الإثارة.يتم تشغيل الماسح الضوئي بتردد الرنين الخاص بالتصميم، والذي يمكن ضبطه عن طريق تغيير أبعاد زنبرك الالتواء.تم نقش مثبتات القطب الكهربائي على محيط الجهاز لتوفير نقاط اتصال لإشارات الطاقة والتحكم (الشكل 1 د).
يتم تركيب نظام التصوير على عربة محمولة يمكن إدخالها إلى غرفة العمليات.تم تصميم واجهة المستخدم الرسومية لدعم المستخدمين ذوي المعرفة التقنية الدنيا، مثل الأطباء والممرضات.تحقق يدويًا من تردد محرك الماسح الضوئي، ووضع الشعاع، ومجال رؤية الصورة.
يبلغ الطول الإجمالي للمنظار الداخلي حوالي 4 أمتار للسماح بالمرور الكامل للأدوات عبر قناة العمل للمنظار الطبي القياسي (1.68 مترًا)، مع طول إضافي للقدرة على المناورة.عند الطرف القريب من المنظار، ينتهي SMF والأسلاك في موصلات تتصل بمنافذ الألياف الضوئية والمنافذ السلكية للمحطة الأساسية.يحتوي التثبيت على ليزر ووحدة ترشيح ومضخم عالي الجهد وكاشف مضاعف ضوئي (PMT).يقوم مكبر الصوت بتزويد الطاقة وإشارات القيادة إلى الماسح الضوئي.تقوم وحدة التصفية الضوئية بربط إثارة الليزر بـ SMF وتمرير الفلورسنت إلى PMT.
تتم إعادة معالجة المناظير الداخلية بعد كل إجراء سريري باستخدام عملية التعقيم STERRAD ويمكنها تحمل ما يصل إلى 18 دورة دون فشل.بالنسبة لمحلول OPA، لم تتم ملاحظة أي علامات تلف بعد أكثر من 10 دورات تطهير.لقد تفوقت نتائج OPA على نتائج STERRAD، مما يشير إلى إمكانية إطالة عمر المناظير الداخلية عن طريق التطهير عالي المستوى بدلاً من إعادة التعقيم.
تم تحديد دقة الصورة من وظيفة انتشار النقطة باستخدام حبات الفلورسنت التي يبلغ قطرها 0.1 ميكرومتر.بالنسبة للدقة الجانبية والمحورية، تم قياس العرض الكامل بنصف الحد الأقصى (FWHM) البالغ 1.1 و13.6 ميكرومتر، على التوالي، (الشكل 2 أ، ب).
خيارات الصورة.تتميز الدقة الجانبية (أ) والمحورية (ب) لبصريات التركيز بوظيفة انتشار النقطة (PSF) المقاسة باستخدام كريات مجهرية فلورية يبلغ قطرها 0.1 ميكرومتر.وكان العرض الكامل المقاس بنصف الحد الأقصى (FWHM) 1.1 و13.6 ميكرومتر، على التوالي.أقحم: يتم عرض طرق عرض موسعة لدائرة مجهرية واحدة في الاتجاهين العرضي (XY) والمحوري (XZ).(ج) صورة الفلورسنت التي تم الحصول عليها من شريط الهدف القياسي (USAF 1951) (البيضاوي الأحمر) تبين أنه يمكن حل المجموعات 7-6 بوضوح.(د) صورة لكريات مجهرية فلورسنت مشتتة قطرها 10 ميكرومتر تُظهر مجال رؤية الصورة يبلغ 250 ميكرومتر × 250 ميكرومتر.تم إنشاء PSFs في (أ، ب) باستخدام MATLAB R2019a (https://www.mathworks.com/).(ج، د) تم جمع الصور الفلورية باستخدام LabVIEW 2021 (https://www.ni.com/).
الصور الفلورية من العدسات ذات الدقة القياسية تميز بوضوح مجموعة الأعمدة في المجموعات 7-6، والتي تحافظ على دقة جانبية عالية (الشكل 2ج).تم تحديد مجال الرؤية (FOV) الذي يبلغ 250 ميكرومتر × 250 ميكرومتر من صور حبات الفلورسنت بقطر 10 ميكرومتر المنتشرة على ساترة (الشكل 2 د).
يتم تطبيق طريقة آلية للتحكم في اكتساب PMT وتصحيح الطور في نظام التصوير السريري لتقليل آثار الحركة من المناظير الداخلية وتمعج القولون وتنفس المريض.تم وصف خوارزميات إعادة بناء الصور ومعالجتها مسبقًا .يتم التحكم في كسب PMT بواسطة وحدة تحكم تناسبية متكاملة (PI) لمنع تشبع الكثافة.يقرأ النظام الحد الأقصى لكثافة البكسل لكل إطار، ويحسب الاستجابات المتناسبة والمتكاملة، ويحدد قيم كسب PMT للتأكد من أن كثافة البكسل ضمن النطاق المسموح به.
أثناء التصوير في الجسم الحي، يمكن أن يؤدي عدم تطابق الطور بين حركة الماسح الضوئي وإشارة التحكم إلى عدم وضوح الصورة.وقد تحدث مثل هذه التأثيرات بسبب التغيرات في درجة حرارة الجهاز داخل جسم الإنسان.أظهرت صور الضوء الأبيض أن المنظار كان على اتصال مع الغشاء المخاطي للقولون الطبيعي في الجسم الحي (الشكل 3 أ).يمكن رؤية عدم وضوح البكسلات المنحرفة في الصور الأولية للغشاء المخاطي للقولون الطبيعي (الشكل 3 ب).بعد العلاج بالمرحلة المناسبة وتعديل التباين، يمكن تمييز السمات التحت خلوية للغشاء المخاطي (الشكل 3 ج).للحصول على معلومات إضافية، يتم عرض الصور البؤرية الأولية والصور المعالجة في الوقت الفعلي في الشكل S1، ويتم عرض معلمات إعادة بناء الصورة المستخدمة في الوقت الفعلي وما بعد المعالجة في الجدول S1 والجدول S2.
معالجة الصورة.(أ) صورة بالمنظار واسعة الزاوية تُظهر منظارًا داخليًا (E) تم وضعه على اتصال مع الغشاء المخاطي للقولون الطبيعي (N) لجمع صور الفلورسنت في الجسم الحي بعد إعطاء الفلورسين.(ب) يمكن أن يؤدي التجول في المحورين X وY أثناء المسح إلى تمويه وحدات البكسل المحاذاة بشكل غير صحيح.ولأغراض العرض التوضيحي، يتم تطبيق تحول طور كبير على الصورة الأصلية.(ج) بعد تصحيح مرحلة ما بعد المعالجة، يمكن تقييم تفاصيل الغشاء المخاطي، بما في ذلك هياكل القبو (السهام)، مع تجويف مركزي (l) محاط بالصفيحة المخصوصة (lp).يمكن تمييز الخلايا المفردة، بما في ذلك الخلايا القولونية (ج)، والخلايا الكأسية (ز)، والخلايا الالتهابية (الأسهم).شاهد الفيديو الإضافي 1. (ب، ج) الصور التي تمت معالجتها باستخدام LabVIEW 2021.
تم الحصول على صور مضان متحد البؤر في الجسم الحي في العديد من أمراض القولون لإثبات قابلية التطبيق السريري الواسع للأداة.يتم إجراء التصوير واسع الزاوية أولاً باستخدام الضوء الأبيض للكشف عن الغشاء المخاطي غير الطبيعي بشكل صارخ.يتم بعد ذلك إدخال المنظار من خلال قناة عمل منظار القولون ويتم ملامسته للغشاء المخاطي.
يتم عرض التنظير واسع النطاق، والتنظير الداخلي متحد البؤر، وصور الأنسجة (H&E) لأورام القولون، بما في ذلك الورم الحميد الأنبوبي والورم الحميد المفرط التنسج. يتم عرض التنظير واسع النطاق، والتنظير الداخلي متحد البؤر، وصور الأنسجة (H&E) لأورام القولون، بما في ذلك الورم الحميد الأنبوبي والورم الحميد المفرط التنسج. تشمل التنظير الفوقي، والتنظير الداخلي المجهري، والتصوير الهضمي (H&E) لأورام تولستوي الغدة الأنبوبية واللحمية المفرطة البلاستيك. يشار إلى التنظير القولوني، والتنظير الباطني متحد البؤر، والتصوير النسيجي (H&E) لأورام القولون، بما في ذلك الورم الحميد الأنبوبي والورم الحميد المفرط.قد تكون هناك حاجة إلى مزيد من المعلومات حول كيفية التعامل مع هذه المشكلة.学(H&E) 图像.أفضل ما في الأمر هو أن تكون قادرًا على التعامل مع هذه المشكلة. صورة ‏‎果学(H&E). التنظير الفوقي، والتنظير المجهري متحد البؤر، والتصوير الهضمي (H&E)، بما في ذلك أغطية تولستوي هي غدد أنبوبية وبوليبات بلاستيكية. التنظير واسع المجال، والتنظير المجهري متحد البؤر، والصور النسيجية (H&E) التي تظهر أورام القولون، بما في ذلك الأورام الغدية الأنبوبية والأورام الحميدة المفرطة التنسج.أظهرت الأورام الغدية الأنبوبية فقدان بنية القبو الطبيعية، وانخفاض حجم الخلايا الكأسية، وتشويه تجويف القبو، وسماكة الصفيحة المخصوصة (الشكل 4 أ-ج).أظهرت السلائل المفرطة التنسج بنية نجمية للخبايا، وعدد قليل من الخلايا الكأسية، ولمعة الخبايا الشبيهة بالشق، والخبايا الصفائحية غير المنتظمة (الشكل 4 د-و).
صورة للجلد المخاطي السميك في الجسم الحي. يتم عرض صور التنظير بالضوء الأبيض التمثيلي، والمجهر الداخلي متحد البؤر، وصور الأنسجة (H&E) للورم الحميد (ac)، والورم الحميد (df)، والتهاب القولون التقرحي (gi)، و(jl) التهاب القولون كرون. يتم عرض صور التنظير بالضوء الأبيض التمثيلي، والمجهر الداخلي متحد البؤر، وصور الأنسجة (H&E) للورم الحميد (ac)، والورم الحميد (df)، والتهاب القولون التقرحي (gi)، و(jl) التهاب القولون كرون. صور نموذجية للمناظير في العالم السفلي، مجهر داخلي متحد البؤر وأنسجة (H&E) تظهر على الغدد (ac)، (df) بوليبا ثابتة، (جي) كوليتا عادية و (جي إل) كوليتا كرون. يتم عرض التنظير النموذجي للضوء الأبيض، والمجهر الداخلي متحد البؤر، وصور الأنسجة (H&E) للورم الغدي (ac)، والورم الحميد (df)، والتهاب القولون التقرحي (gi)، و(jl) التهاب القولون كرون.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、、、 3 、、、 3 、 ح&ه) 图像. يظهر(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 ) صورة. التنظير التمثيلي المقترح في العالم السفلي، التنظير المتحد البؤر والأنسجة (ac) الغدي، (df) البوليب البلاستيكي أوزا، (جي) كوليتا رائعة و (جي إل) كوليتا كرونة (H&E). يتم عرض التنظير التمثيلي بالضوء الأبيض، والتنظير متحد البؤر، وعلم الأنسجة للورم الحميد (ac)، و(df) داء السلائل المفرط التنسج، و(gi) التهاب القولون التقرحي، و(jl) التهاب القولون كرون (H&E).(ب) يظهر صورة متحد البؤر تم الحصول عليها في الجسم الحي من ورم غدي أنبوبي (TA) باستخدام المنظار (E).تُظهر هذه الآفة السابقة للتسرطن فقدان بنية القبو الطبيعية (السهم)، وتشويه تجويف القبو (l)، وازدحام الصفيحة المخصوصة (lp).يمكن أيضًا تحديد خلايا القولون (ج)، والخلايا الكأسية (ز)، والخلايا الالتهابية (الأسهم).سمت.يُظهر الفيديو التكميلي 2. (هـ) صورة متحد البؤر تم الحصول عليها من ورم مفرط التنسج (HP) في الجسم الحي.تُظهر هذه الآفة الحميدة بنية سرداب نجمية (السهم)، وتجويف سرداب يشبه الشق (l)، وصفيحة بروبريا غير منتظمة الشكل (lp).يمكن أيضًا تحديد الخلايا القولونية (ج) والعديد من الخلايا الكأسية (ز) والخلايا الالتهابية (الأسهم).سمت.يُظهر الفيديو التكميلي 3. (ح) صورًا متحد البؤر تم الحصول عليها في التهاب القولون التقرحي (UC) في الجسم الحي.تُظهر هذه الحالة الالتهابية بنية سرداب مشوهة (السهم) وخلايا كأسية بارزة (ز).يتم قذف ريش الفلورسين (f) من الخلايا الظهارية، مما يعكس زيادة نفاذية الأوعية الدموية.تظهر العديد من الخلايا الالتهابية (الأسهم) في الصفيحة المخصوصة (lp).سمت.يُظهر الفيديو التكميلي 4. (ك) صورة متحد البؤر تم الحصول عليها في الجسم الحي من منطقة التهاب القولون في كرون (CC).تُظهر هذه الحالة الالتهابية بنية سرداب مشوهة (السهم) وخلايا كأسية بارزة (ز).يتم قذف ريش الفلورسين (f) من الخلايا الظهارية، مما يعكس زيادة نفاذية الأوعية الدموية.تظهر العديد من الخلايا الالتهابية (الأسهم) في الصفيحة المخصوصة (lp).سمت.الفيديو التكميلي 5. (b، d، h، l) تمت معالجة الصور باستخدام LabVIEW 2021.
يتم عرض مجموعة مماثلة من صور التهاب القولون، بما في ذلك التهاب القولون التقرحي (UC) (الشكل 4ز-ط) والتهاب القولون كرون (الشكل 4ي-ل).يُعتقد أن الاستجابة الالتهابية تتميز بهياكل سرداب مشوهة مع خلايا كأسية بارزة.يتم ضغط الفلورسين من الخلايا الظهارية، مما يعكس زيادة نفاذية الأوعية الدموية.يمكن رؤية عدد كبير من الخلايا الالتهابية في الصفيحة المخصوصة.
لقد أظهرنا التطبيق السريري لمنظار ليزر متحد البؤر مرن مقترن بالألياف يستخدم ماسح ضوئي MEMS في وضع أقصى للحصول على الصور في الجسم الحي.عند تردد الرنين، يمكن تحقيق معدلات إطارات تصل إلى 20 هرتز باستخدام وضع المسح Lissajous عالي الكثافة لتقليل تشويش الحركة.يتم طي المسار البصري لتوفير توسيع الشعاع وفتحة رقمية كافية لتحقيق دقة جانبية تبلغ 1.1 ميكرومتر.تم الحصول على صور الفلورسنت ذات الجودة النسيجية أثناء تنظير القولون الروتيني للغشاء المخاطي القولوني الطبيعي، والأورام الغدية الأنبوبية، والأورام الحميدة المفرطة التنسج، والتهاب القولون التقرحي، والتهاب القولون كرون.ويمكن التعرف على الخلايا المفردة، بما في ذلك الخلايا القولونية، والخلايا الكأسية، والخلايا الالتهابية.يمكن تمييز السمات المخاطية مثل هياكل القبو، وتجويف القبو، والصفيحة المخصوصة.يتم تصنيع الأجهزة الدقيقة بشكل دقيق لضمان المحاذاة الدقيقة للمكونات البصرية والميكانيكية الفردية داخل أداة بطول 2.4 مم × 10 مم.يقلل التصميم البصري من طول الطرف البعيد الصلب بدرجة كافية للسماح بالمرور المباشر عبر قناة عمل ذات حجم قياسي (قطر 3.2 مم) في المناظير الطبية.لذلك، بغض النظر عن الشركة المصنعة، يمكن استخدام الجهاز على نطاق واسع من قبل الأطباء في مكان الإقامة.تم إجراء الإثارة عند 488 = 488 نانومتر لإثارة الفلورسين، وهي صبغة معتمدة من إدارة الغذاء والدواء، للحصول على تباين عالٍ.تمت إعادة معالجة الأداة دون مشاكل لمدة 18 دورة باستخدام طرق التعقيم المقبولة سريريًا.
تم التحقق من صحة تصميمين آخرين للأدوات سريريًا.يعد Cellvizio (Mauna Kea Technologies) منظارًا داخليًا ليزريًا متحد البؤر قائمًا على مسبار (pCLE) يستخدم مجموعة من كابلات الألياف الضوئية المتماسكة متعددة الأوضاع لجمع ونقل الصور الفلورية 1.تقوم مرآة جالفو الموجودة على المحطة الأساسية بإجراء مسح جانبي في الطرف القريب.يتم جمع المقاطع البصرية في المستوى الأفقي (XY) بعمق يتراوح من 0 إلى 70 ميكرومتر.تتوفر مجموعات Microprobe بقطر يتراوح من 0.91 (إبرة 19 G) إلى 5 مم.تم تحقيق دقة جانبية من 1 إلى 3.5 ميكرومتر.تم جمع الصور بمعدل إطار من 9 إلى 12 هرتز مع مجال رؤية أحادي البعد من 240 إلى 600 ميكرومتر.تم استخدام المنصة سريريًا في مجموعة متنوعة من المجالات بما في ذلك القناة الصفراوية والمثانة والقولون والمريء والرئتين والبنكرياس.قامت شركة Optiscan Pty Ltd بتطوير منظار داخلي ليزر متحد البؤر قائم على المنظار الداخلي (eCLE) مع محرك مسح مدمج في أنبوب الإدخال (النهاية البعيدة) لمنظار داخلي احترافي (EC-3870K، Pentax Precision Instruments) 17 .تم إجراء المقطع البصري باستخدام ألياف أحادية الوضع، وتم إجراء المسح الجانبي باستخدام آلية ناتئ من خلال شوكة رنانة.يتم استخدام مشغل سبائك ذاكرة الشكل (Nitinol) لإنشاء إزاحة محورية.يبلغ القطر الإجمالي للوحدة متحد البؤر 5 ملم.للتركيز، يتم استخدام عدسة GRIN ذات فتحة عددية NA = 0.6.تم الحصول على صور أفقية بدقة جانبية ومحورية تبلغ 0.7 و7 ميكرومتر، على التوالي، بمعدل إطار يتراوح بين 0.8 و1.6 هرتز ومجال رؤية يبلغ 500 ميكرومتر × 500 ميكرومتر.
نظهر القرار تحت الخلوي في الحصول على التصوير الفلوري في الجسم الحي من جسم الإنسان من خلال منظار داخلي طبي باستخدام ماسح ضوئي MEMS للنهاية البعيدة.يوفر الفلورسينس تباينًا عاليًا في الصورة، ويمكن تسمية الروابط التي ترتبط بأهداف سطح الخلية بالفلوروفورات لتوفير الهوية الجزيئية لتحسين تشخيص الأمراض.ويجري أيضًا تطوير تقنيات بصرية أخرى للتنظير المجهري في الجسم الحي. يستخدم OCT طول التماسك القصير من مصدر ضوء عريض النطاق لجمع الصور في المستوى الرأسي بعمق> 1 مم . يستخدم OCT طول التماسك القصير من مصدر ضوء عريض النطاق لجمع الصور في المستوى الرأسي بعمق> 1 مم . ок иоолоет кроткюю динуеереمس с гиной> 1 مارس 19. يستخدم OCT طول التماسك القصير لمصدر الضوء عريض النطاق للحصول على صور في المستوى الرأسي بعمق> 1 مم . يمكن أن يكون حجم الزجاجة OCT أكثر من 1 مم 19 بوصة.1 ملم 19 بوصة. окт иоолет коротانوية динуеереمس مع широкололосогогого и 9 أبريل калной поve осо ق. يستخدم OCT طول التماسك القصير لمصدر ضوء النطاق العريض للحصول على صور> 1 مم 19 في المستوى الرأسي.ومع ذلك، يعتمد هذا النهج منخفض التباين على مجموعة الضوء المتناثرة ودقة الصورة محدودة بالقطع الأثرية المرقطة.يُنشئ التنظير الصوتي الضوئي صورًا في الجسم الحي بناءً على التمدد الحراري السريع في الأنسجة بعد امتصاص نبضة ليزر تولد موجات صوتية. وقد أظهر هذا النهج أعماق التصوير التي تزيد عن 1 سم في القولون البشري في الجسم الحي لمراقبة العلاج. وقد أظهر هذا النهج أعماق التصوير التي تزيد عن 1 سم في القولون البشري في الجسم الحي لمراقبة العلاج. هذه طريقة لتطوير التصورات المرئية > 1 سم في حجم صغير جدًا في الجسم الحي لعلاجات المراقبة. لقد أظهر هذا النهج عمق تصوير يزيد عن 1 سم في القولون البشري في الجسم الحي لمراقبة العلاج.يمكن أن تكون هذه هي المرة الأولى التي تفشل فيها هذه المشكلة> 1 في أي وقت.أفضل ما في الأمر هو أن تكون قادرًا على القيام بذلك> 1 تم تطوير هذه الطريقة على صورة مرئية > 1 سم في حجم صغير جدًا في الجسم الحي لعلاجات المراقبة. لقد تم إثبات هذا النهج في أعماق التصوير التي تزيد عن 1 سم في القولون البشري في الجسم الحي لمراقبة العلاج.يتم إنتاج التباين بشكل رئيسي عن طريق الهيموجلوبين في الأوعية الدموية.يُنشئ التنظير متعدد الفوتون صورًا فلورية عالية التباين عندما يضرب فوتونان أو أكثر من فوتونات NIR الجزيئات الحيوية للأنسجة في وقت واحد. يمكن لهذا النهج تحقيق أعماق التصوير> 1 مم مع سمية ضوئية منخفضة. يمكن لهذا النهج تحقيق أعماق التصوير> 1 مم مع سمية ضوئية منخفضة. يمكن لهذه الطريقة الحصول على صورة لامعة > 1 مم مع صورة ضوئية صغيرة. يمكن أن يوفر هذا النهج عمق صورة أكبر من 1 مم مع سمية ضوئية منخفضة.لا داعي للقلق بشأن ما إذا كان هذا هو السبب وراء ذلك.لا داعي للقلق بشأن ما إذا كان هذا هو السبب وراء ذلك. يمكن لهذه الطريقة الحصول على صورة لامعة > 1 مم مع صورة ضوئية صغيرة. يمكن أن يوفر هذا النهج عمق صورة أكبر من 1 مم مع سمية ضوئية منخفضة.ويتطلب الأمر نبضات ليزر الفيمتو ثانية عالية الكثافة ولم يتم إثبات هذه الطريقة سريريًا أثناء التنظير الداخلي.
في هذا النموذج الأولي، يقوم الماسح الضوئي بإجراء الانحراف الجانبي فقط، وبالتالي يكون الجزء البصري في المستوى الأفقي (XY).الجهاز قادر على العمل بمعدل إطارات أعلى (20 هرتز) من المرايا الكلفانية (12 هرتز) في نظام سيلفيزيو.قم بزيادة معدل الإطارات لتقليل آثار الحركة وتقليل معدل الإطارات لتعزيز الإشارة.هناك حاجة إلى خوارزميات عالية السرعة وآلية للتخفيف من آثار الحركة الكبيرة الناجمة عن الحركة بالمنظار، وحركة الجهاز التنفسي، وحركية الأمعاء.لقد ثبت أن الماسحات الضوئية الرنانة البارامترية تحقق عمليات إزاحة محورية تزيد عن مئات الميكرونات . يمكن جمع الصور في المستوى الرأسي (XZ)، بشكل عمودي على سطح الغشاء المخاطي، لتوفير نفس وجهة النظر مثل تلك الخاصة بعلم الأنسجة (H&E). يمكن جمع الصور في المستوى الرأسي (XZ)، بشكل عمودي على سطح الغشاء المخاطي، لتوفير نفس وجهة النظر مثل تلك الخاصة بعلم الأنسجة (H&E). يمكن أن يتم الحصول على الصورة في الخطوط العمودية (XZ) ، وهي عبارة عن قطع متعامدة من الأعلى مما يجب الانتباه إليه أيضًا احترام كما في علم الجيولوجيا (H&E). يمكن التقاط الصور في مستوى عمودي (XZ) عمودي على سطح الغشاء المخاطي لتوفير نفس الصورة كما في الأنسجة (H&E).يمكن أن يكون هذا هو الحال بالنسبة لـ (XZ) 中收集图像، 以提供与组织学(H&E) 相同的视图.يمكن أن يكون لديك أي أسئلة حول هذا الموضوع (XZ) أو أي شيء آخر (H&E) يمكن أن يتم الحصول على الصورة في الخطوط العمودية (XZ) ، وهي عبارة عن قطع متعامدة من الأعلى مما يجب الانتباه إليه أيضًا التباهي كما هو الحال في التصورات الهستولوجية (H&E). يمكن التقاط الصور في مستوى عمودي (XZ) متعامد على سطح الغشاء المخاطي لتوفير نفس الصورة مثل الفحص النسيجي (H&E).يمكن وضع الماسح الضوئي في موضع ما بعد الهدف حيث يقع شعاع الإضاءة على طول المحور البصري الرئيسي لتقليل الحساسية للانحرافات8.يمكن أن تنحرف الأحجام البؤرية المحدودة الحيود تقريبًا عبر مجالات رؤية كبيرة بشكل تعسفي.يمكن إجراء مسح الوصول العشوائي لتحويل العاكسات إلى المواضع المحددة من قبل المستخدم.يمكن تقليل مجال الرؤية لتسليط الضوء على مناطق عشوائية من الصورة، وتحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء والتباين ومعدل الإطارات.يمكن إنتاج الماسحات الضوئية بكميات كبيرة باستخدام عمليات بسيطة.يمكن تصنيع مئات الأجهزة على كل رقاقة سيليكون لزيادة الإنتاج من أجل الإنتاج الضخم منخفض التكلفة والتوزيع على نطاق واسع.
يقلل مسار الضوء المطوي من حجم الطرف البعيد الصلب، مما يجعل من السهل استخدام المنظار كملحق أثناء تنظير القولون الروتيني.في الصور الفلورية الموضحة، يمكن رؤية السمات التحت خلوية للغشاء المخاطي لتمييز الأورام الغدية الأنبوبية (سابقة للتسرطن) عن الأورام الحميدة المفرطة التنسج (الحميدة).تشير هذه النتائج إلى أن التنظير يمكن أن يقلل من عدد الخزعات غير الضرورية.يمكن تقليل المضاعفات العامة المرتبطة بالجراحة، ويمكن تحسين فترات المراقبة، ويمكن تقليل التحليل النسيجي للآفات البسيطة إلى الحد الأدنى.نعرض أيضًا صورًا حية للمرضى الذين يعانون من مرض التهاب الأمعاء، بما في ذلك التهاب القولون التقرحي (UC) والتهاب القولون كرون.يوفر تنظير القولون التقليدي بالضوء الأبيض رؤية مجهرية لسطح الغشاء المخاطي مع قدرة محدودة على تقييم شفاء الغشاء المخاطي بدقة.يمكن استخدام التنظير الداخلي في الجسم الحي لتقييم فعالية العلاجات البيولوجية مثل الأجسام المضادة لـ TNF24.يمكن أن يؤدي التقييم الدقيق في الجسم الحي أيضًا إلى تقليل أو منع تكرار المرض ومضاعفاته مثل الجراحة وتحسين نوعية الحياة.لم يتم الإبلاغ عن أي آثار جانبية خطيرة في الدراسات السريرية المرتبطة باستخدام المناظير الداخلية المحتوية على الفلورسين في الجسم الحي. كانت قوة الليزر على سطح الغشاء المخاطي محدودة بـ <2 ميجاوات لتقليل خطر الإصابة الحرارية وتلبية متطلبات إدارة الغذاء والدواء (FDA) للمخاطر غير الكبيرة 26 لكل 21 CFR 812. كانت قوة الليزر على سطح الغشاء المخاطي محدودة بـ <2 ميجاوات لتقليل خطر الإصابة الحرارية وتلبية متطلبات إدارة الغذاء والدواء (FDA) للمخاطر غير الكبيرة 26 لكل 21 CFR 812. تم زيادة قوة الليزر إلى أقل من 2 ميجاوات، مما يوفر الحد الأدنى من المخاطر والتكلفة الحرارية نحن نرغب في الحصول على موافقة إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) التي لا تحتوي على خطر 26 بموجب 21 CFR 812. كانت قوة الليزر على سطح الغشاء المخاطي محدودة بـ <2 ميجاوات لتقليل مخاطر الضرر الحراري وتلبية متطلبات إدارة الغذاء والدواء (FDA) الخاصة بالمخاطر التي لا تذكر 26 تحت 21 CFR 812.يمكن أن يكون معدل استهلاك الطاقة أقل من 2 ميجاوات، وقد تم اختباره من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية 21 CFR 812 جيد.قوة التيار الكهربائي أقل من 2 ميجاوات تم زيادة قوة الليزر إلى أقل من 2 ميجاوات، مما يوفر الحد الأدنى من المخاطر والتكلفة الحرارية тствовать тебованиям FDA 21 CFR 812 относительно незначительного riska26. كانت قوة الليزر على سطح الغشاء المخاطي محدودة بـ <2 ميجاوات لتقليل خطر الضرر الحراري وتلبية متطلبات FDA 21 CFR 812 للمخاطر التي لا تذكر .
يمكن تعديل تصميم الأداة لتحسين جودة الصورة.تتوفر بصريات خاصة لتقليل الانحراف الكروي وتحسين دقة الصورة وزيادة مسافة العمل.يمكن ضبط SIL ليتناسب بشكل أفضل مع معامل انكسار الأنسجة (~ 1.4) لتحسين اقتران الضوء.يمكن تعديل تردد محرك الأقراص لزيادة الزاوية الجانبية للماسح الضوئي وتوسيع مجال رؤية الصورة.يمكنك استخدام الطرق الآلية لإزالة إطارات الصورة ذات الحركة الكبيرة للتخفيف من هذا التأثير.سيتم استخدام مصفوفة بوابة قابلة للبرمجة ميدانيًا (FPGA) مع الحصول على البيانات عالية السرعة لتوفير تصحيح الإطار الكامل عالي الأداء في الوقت الفعلي.للحصول على فائدة سريرية أكبر، يجب أن تصحح الأساليب الآلية تحول الطور والتحف المتحركة لتفسير الصور في الوقت الفعلي.يمكن تنفيذ ماسح رنين حدودي ثلاثي المحاور لتقديم المسح المحوري 22 . تم تطوير هذه الأجهزة لتحقيق إزاحة رأسية غير مسبوقة> 400 ميكرومتر عن طريق ضبط تردد المحرك في نظام يتميز بديناميكيات تليين / تقوية مختلطة . تم تطوير هذه الأجهزة لتحقيق إزاحة رأسية غير مسبوقة> 400 ميكرومتر عن طريق ضبط تردد المحرك في نظام يتميز بديناميكيات تليين / تقوية مختلطة . لقد تم تصميم هذه الآلة لتوفير مساحة رأسية غير محددة > 400 مم من خلال جزء كبير من الشحن في الموقع إنها تتميز بالديناميكية الديناميكية القوية/الصلابة27. تم تصميم هذه الأجهزة لتحقيق إزاحة رأسية غير مسبوقة تزيد عن 400 ميكرومتر من خلال ضبط تردد المحرك في وضع يتميز بديناميكيات ناعمة / صلبة مختلطة .قد يكون من الأفضل أن تكون قادرًا على التعامل مع هذه المشكلة/الحصول على أفضل النتائج في المستقبل.有的> 400 ميكرومتر 27.يمكن أن يكون هذا هو الحال بالنسبة إلى أي شخص آخر في أي مكان في العالم.现 的> 400 ميكرومتر 的 直 位移 27. لقد تم تصنيع هذه الأجهزة لتوفير مساحة رأسية غير محددة > 400 متر من جزء كبير من التصنيع في النظام со смесанной кинетикой размягчения/затвидевания27. تم تصميم هذه الأجهزة لتحقيق إزاحات رأسية غير مسبوقة> 400 ميكرومتر عن طريق ضبط تردد الزناد في وضع حركية التليين/التصلب المختلط .في المستقبل، قد يساعد التصوير العرضي العمودي في تحديد مرحلة السرطان المبكر (T1a).يمكن تنفيذ دائرة استشعار سعوية لتتبع حركة الماسح الضوئي وتصحيح تحول الطور 28 .يمكن أن تحل معايرة الطور التلقائية باستخدام دائرة الاستشعار محل معايرة الأداة اليدوية قبل الاستخدام.يمكن تحسين موثوقية الأداة باستخدام تقنيات ختم الأدوات الأكثر موثوقية لزيادة عدد دورات المعالجة.تعد تقنية MEMS بتسريع استخدام المناظير الداخلية لتصوير ظهارة الأعضاء المجوفة، وتشخيص الأمراض، ومراقبة العلاج بطريقة طفيفة التوغل.ومع مزيد من التطوير، يمكن أن تصبح طريقة التصوير الجديدة هذه حلاً منخفض التكلفة لاستخدامه كمساعد للمناظير الطبية للفحص النسيجي الفوري ويمكن أن تحل في النهاية محل التحليل المرضي التقليدي.
تم إجراء عمليات محاكاة تتبع الشعاع باستخدام برنامج التصميم البصري ZEMAX (الإصدار 2013) لتحديد معلمات بصريات التركيز.تتضمن معايير التصميم الدقة المحورية القريبة من الحيود، ومسافة العمل = 0 ميكرومتر، ومجال الرؤية (FOV) أكبر من 250 × 250 ميكرومتر.للإثارة عند طول موجي = 488 نانومتر، تم استخدام ألياف أحادية الوضع (SMF).يتم استخدام الثنائيات اللونية لتقليل التباين في مجموعة الأسفار (الشكل 5 أ).يمر الشعاع عبر SMF بقطر مجال الوضع 3.5 ميكرومتر وبدون اقتطاع يمر عبر مركز العاكس بقطر فتحة يبلغ 50 ميكرومتر.استخدم عدسة غمر صلبة (نصف كروية) ذات معامل انكسار عالي (n = 2.03) لتقليل الانحراف الكروي لشعاع الحادث وضمان الاتصال الكامل بسطح الغشاء المخاطي.يوفر تركيز البصريات إجمالي NA = 0.41، حيث NA = nsinα، n هو معامل انكسار الأنسجة، α هي زاوية تقارب الشعاع القصوى.تبلغ الدقة الجانبية والمحورية المحدودة الحيود 0.44 و6.65 ميكرومتر، على التوالي، باستخدام NA = 0.41، 488 = 488 نانومتر، وn = 1.3313.تم أخذ العدسات المتوفرة تجاريًا ذات القطر الخارجي (OD) ≥ 2 مم في الاعتبار فقط.يتم طي المسار البصري، ويمر الشعاع الذي يغادر SMF عبر الفتحة المركزية للماسح الضوئي وينعكس مرة أخرى بواسطة مرآة ثابتة (قطرها 0.29 مم).يعمل هذا التكوين على تقصير طول الطرف البعيد الصلب لتسهيل المرور الأمامي للمنظار من خلال قناة العمل القياسية (قطر 3.2 مم) للمناظير الطبية.تسهل هذه الميزة استخدامه كملحق أثناء التنظير الداخلي الروتيني.
دليل الضوء المطوي وتغليف المنظار.(أ) يخرج شعاع الإثارة من OBC ويمر عبر الفتحة المركزية للماسح الضوئي.يتم توسيع الشعاع وانعكاسه من مرآة دائرية ثابتة مرة أخرى إلى الماسح الضوئي للانحراف الجانبي.تتكون بصريات التركيز من زوج من العدسات المزدوجة اللونية وعدسة غمر صلبة (نصف كروية) توفر الاتصال بسطح الغشاء المخاطي.ZEMAX 2013 (https://www.zemax.com/) للتصميم البصري ومحاكاة تتبع الأشعة.(ب) يُظهر موقع مكونات الأجهزة المختلفة، بما في ذلك الألياف أحادية الوضع (SMF)، والماسح الضوئي، والمرايا، والعدسات.تم استخدام Solidworks 2016 (https://www.solidworks.com/) للنمذجة ثلاثية الأبعاد لعبوة المنظار.
تم استخدام SMF (# 460HP، Thorlabs) بقطر مجال الوضع 3.5 ميكرومتر عند طول موجة 488 نانومتر باعتباره "ثقبًا" للتصفية المكانية للضوء غير المركز (الشكل 5 ب).يتم وضع SMFs في أنابيب بوليمر مرنة (#Pebax 72D، Nordson MEDICAL).يتم استخدام طول يبلغ حوالي 4 أمتار لضمان وجود مسافة كافية بين المريض ونظام التصوير.تم استخدام زوج من العدسات المزدوجة اللونية المطلية بـ MgF2 مقاس 2 مم (#65568، #65567، Edmund Optics) وعدسة نصف كروية غير مطلية مقاس 2 مم (#90858، Edmund Optics) لتركيز الشعاع وجمع التألق.أدخل أنبوب نهاية من الفولاذ المقاوم للصدأ (طوله 4 مم، 2.0 مم OD، 1.6 مم ID) بين الراتنج والأنبوب الخارجي لعزل اهتزاز الماسح الضوئي.استخدم المواد اللاصقة الطبية لحماية الجهاز من سوائل الجسم وإجراءات المناولة.استخدم أنابيب الانكماش الحراري لحماية الموصلات.
الماسح الضوئي المدمج مصنوع على مبدأ الرنين البارامترى.حفر فتحة 50 ميكرومتر في وسط العاكس لنقل شعاع الإثارة.باستخدام مجموعة من محركات الأقراص المشطية التربيعية، ينحرف الشعاع الموسع بشكل عرضي في الاتجاه المتعامد (مستوى XY) في وضع Lissajous.تم استخدام لوحة الحصول على البيانات (#DAQ PCI-6115، NI) لإنشاء إشارات تناظرية للتحكم في الماسح الضوئي.تم توفير الطاقة بواسطة مضخم الجهد العالي (#PDm200، PiezoDrive) عبر أسلاك رفيعة (#B4421241، MWS Wire Industries).جعل الأسلاك على المحرك الكهربائي.يعمل الماسح الضوئي بترددات قريبة من 15 كيلو هرتز (المحور السريع) و4 كيلو هرتز (المحور البطيء) لتحقيق مجال رؤية يصل إلى 250 ميكرومتر × 250 ميكرومتر.يمكن تصوير الفيديو بمعدل إطارات 10 أو 16 أو 20 هرتز.تُستخدم معدلات الإطارات هذه لمطابقة معدل التكرار لنمط المسح Lissajous، والذي يعتمد على قيمة ترددات الإثارة X وY للماسح الضوئي.يتم عرض تفاصيل المفاضلات بين معدل الإطارات ودقة البكسل وكثافة نمط المسح في عملنا السابق .
يوفر ليزر الحالة الصلبة (#OBIS 488 LS، متماسك) 488 = 488 نانومتر لإثارة الفلورسين لتباين الصورة (الشكل 6 أ).يتم توصيل الضفائر الضوئية بوحدة المرشح عبر موصلات FC/APC (خسارة 1.82 ديسيبل) (الشكل 6 ب).يتم انحراف الشعاع بواسطة مرآة مزدوج اللون (#WDM-12P-111-488/500:600، Oz Optics) في SMF من خلال موصل FC/APC آخر.وفقًا لـ 21 CFR 812، تقتصر القدرة العرضية للأنسجة على 2 ميجاوات كحد أقصى لتلبية متطلبات إدارة الغذاء والدواء (FDA) الخاصة بالمخاطر التي لا تذكر.تم تمرير الإسفار من خلال مرآة مزدوج اللون ومرشح نقل طويل (#BLP01-488R، Semrock).تم نقل الإسفار إلى كاشف أنبوب المضاعف الضوئي (PMT) (#H7422-40، هاماماتسو) عبر موصل FC/PC باستخدام ألياف متعددة الأوضاع يبلغ طولها حوالي 1 متر وقطرها الأساسي 50 ميكرومتر.تم تضخيم إشارات الفلورسنت بمضخم تيار عالي السرعة (#59-179، Edmund Optics).تم تطوير برنامج خاص (LabVIEW 2021، NI) للحصول على البيانات ومعالجة الصور في الوقت الفعلي.يتم تحديد إعدادات طاقة الليزر وكسب PMT بواسطة المتحكم الدقيق (#Arduino UNO, Arduino) باستخدام لوحة دوائر مطبوعة خاصة.تنتهي SMF والأسلاك بموصلات وتتصل بمنافذ الألياف الضوئية (F) والمنافذ السلكية (W) الموجودة على المحطة الأساسية (الشكل 6 ج).ويرد نظام التصوير على عربة محمولة (الشكل 6D). تم استخدام محول عزل للحد من تيار التسرب إلى <500 ميكرو أمبير. تم استخدام محول عزل للحد من تيار التسرب إلى <500 ميكرو أمبير. للتعويض عن ذلك حتى أقل من 500 مللي أمبير ، تم استخدام محول عازل. تم استخدام محول عزل للحد من تيار التسرب إلى <500 ميكرو أمبير.يجب أن يكون حجم البطارية أقل من 500 ميكرو أمبير. <500 ميكرو أمبير. استخدم محولًا معزولًا لتقليص حجمه إلى أقل من 500 مللي أمبير. استخدم محول عزل للحد من تسرب التيار إلى <500μA.
نظام التصور.(أ) يوجد PMT والليزر ومكبر الصوت في المحطة الأساسية.(ب) في بنك المرشح، يسير الليزر (الأزرق) فوق كابل الألياف الضوئية من خلال موصل FC/APC.يتم انحراف الشعاع بواسطة مرآة مزدوج اللون (DM) إلى ليف أحادي الوضع (SMF) عبر موصل FC/APC ثاني.ينتقل الفلورسنت (الأخضر) عبر مرشح DM ومرشح التمرير الطويل (LPF) إلى PMT عبر الألياف متعددة الأوضاع (MMF).(ج) يتم توصيل الطرف القريب من المنظار بمنافذ الألياف الضوئية (F) والسلكية (W) للمحطة الأساسية.(د) المنظار، والشاشة، والمحطة الأساسية، والكمبيوتر، ومحول العزل على عربة محمولة.( أ، ج ) تم استخدام Solidworks 2016 للنمذجة ثلاثية الأبعاد لنظام التصوير ومكونات المنظار.
تم قياس الدقة الجانبية والمحورية لبصريات التركيز من وظيفة انتشار النقطة للكريات المجهرية الفلورية (#F8803، Thermo Fisher Scientific) بقطر 0.1 ميكرومتر.جمع الصور عن طريق ترجمة المجهرية أفقيا وعموديا في خطوات 1 ميكرومتر باستخدام مرحلة خطية (# M-562-XYZ، DM-13، Newport).مكدس الصور باستخدام ImageJ2 للحصول على صور مقطعية للكريات المجهرية.
تم تطوير برنامج خاص (LabVIEW 2021، NI) للحصول على البيانات ومعالجة الصور في الوقت الفعلي.على الشكل.يوضح الشكل 7 نظرة عامة على الإجراءات المستخدمة لتشغيل النظام.تتكون واجهة المستخدم من الحصول على البيانات (DAQ)، واللوحة الرئيسية ولوحة التحكم.تتفاعل لوحة جمع البيانات مع اللوحة الرئيسية لجمع البيانات الأولية وتخزينها، وتوفير مدخلات لإعدادات جمع البيانات المخصصة، وإدارة إعدادات برنامج تشغيل الماسح الضوئي.تسمح اللوحة الرئيسية للمستخدم بتحديد التكوين المطلوب لاستخدام المنظار، بما في ذلك إشارة التحكم في الماسح الضوئي، ومعدل إطارات الفيديو، ومعلمات الاستحواذ.تتيح هذه اللوحة أيضًا للمستخدم عرض والتحكم في سطوع وتباين الصورة.باستخدام البيانات الأولية كمدخلات، تحسب الخوارزمية إعداد الكسب الأمثل لـ PMT وتقوم تلقائيًا بضبط هذه المعلمة باستخدام نظام التحكم في التغذية المرتدة المتناسب والتكاملي (PI)16.تتفاعل لوحة التحكم مع اللوحة الرئيسية ولوحة الحصول على البيانات للتحكم في طاقة الليزر وكسب PMT.
بنية برمجيات النظام.تتكون واجهة المستخدم من وحدات (1) الحصول على البيانات (DAQ)، (2) اللوحة الرئيسية و (3) لوحة التحكم.تعمل هذه البرامج بشكل متزامن وتتواصل مع بعضها البعض من خلال قوائم انتظار الرسائل.المفتاح هو MEMS: النظام الكهروميكانيكي الدقيق، TDMS: تدفق التحكم في البيانات الفنية، PI: التكامل النسبي، PMT: المضاعف الضوئي.يتم حفظ ملفات الصور والفيديو بتنسيقات BMP وAVI، على التوالي.
يتم استخدام خوارزمية تصحيح الطور لحساب تشتت شدة بكسلات الصورة عند قيم الطور المختلفة لتحديد القيمة القصوى المستخدمة لزيادة وضوح الصورة.للتصحيح في الوقت الفعلي، يبلغ نطاق مسح الطور ±2.86° مع خطوة كبيرة نسبيًا تبلغ 0.286° لتقليل وقت الحساب.بالإضافة إلى ذلك، يؤدي استخدام أجزاء من الصورة ذات عينات أقل إلى تقليل وقت حساب إطار الصورة من 7.5 ثانية (1 عينة) إلى 1.88 ثانية (250 عينة) عند 10 هرتز.تم اختيار معلمات الإدخال هذه لتوفير جودة صورة مناسبة مع الحد الأدنى من الكمون أثناء التصوير داخل الجسم الحي.يتم تسجيل الصور ومقاطع الفيديو الحية بتنسيقات BMP وAVI، على التوالي.يتم تخزين البيانات الأولية في تنسيق تدفق إدارة البيانات الفنية (TMDS).
المعالجة اللاحقة لصور الجسم الحي لتحسين الجودة باستخدام LabVIEW 2021. تكون الدقة محدودة عند استخدام خوارزميات تصحيح الطور أثناء التصوير داخل الجسم الحي نظرًا لوقت الحساب الطويل المطلوب.يتم استخدام مناطق الصورة وأرقام العينات المحدودة فقط.بالإضافة إلى ذلك، لا تعمل الخوارزمية بشكل جيد مع الصور ذات المؤثرات الحركية أو التباين المنخفض وتؤدي إلى أخطاء في حساب الطور.تم اختيار الإطارات الفردية ذات التباين العالي وعدم وجود آثار حركة يدويًا لضبط الطور الدقيق مع نطاق مسح الطور يبلغ ±0.75 درجة في خطوات 0.01 درجة.تم استخدام منطقة الصورة بأكملها (على سبيل المثال، عينة واحدة من الصورة المسجلة عند 10 هرتز).يعرض الجدول S2 تفاصيل معلمات الصورة المستخدمة في الوقت الفعلي والمعالجة اللاحقة.بعد تصحيح الطور، يتم استخدام مرشح متوسط ​​لتقليل ضوضاء الصورة بشكل أكبر.يتم تحسين السطوع والتباين بشكل أكبر من خلال تمديد الرسم البياني وتصحيح غاما.
تمت الموافقة على التجارب السريرية من قبل مجلس مراجعة المؤسسات الطبية في ميشيغان وتم إجراؤها في قسم الإجراءات الطبية.تم تسجيل هذه الدراسة عبر الإنترنت مع ClinicalTrials.gov (NCT03220711، تاريخ التسجيل: 18/07/2017).وشملت معايير الاشتمال المرضى (الذين تتراوح أعمارهم بين 18 إلى 100 سنة) مع تنظير القولون الاختياري المخطط له مسبقا، وزيادة خطر الإصابة بسرطان القولون والمستقيم، وتاريخ من مرض التهاب الأمعاء.تم الحصول على موافقة مستنيرة من كل موضوع وافق على المشاركة.كانت معايير الاستبعاد هي المرضى الذين كانوا حوامل، أو لديهم فرط حساسية معروفة للفلوريسئين، أو كانوا يخضعون للعلاج الكيميائي النشط أو العلاج الإشعاعي.شملت هذه الدراسة مرضى متعاقبين مقررين إجراء تنظير القولون الروتيني وكانت ممثلة لسكان مركز ميشيغان الطبي.أجريت الدراسة وفقًا لإعلان هلسنكي.
قبل الجراحة، معايرة المنظار باستخدام 10 ميكرومتر حبات الفلورسنت (#F8836، الحرارية فيشر العلمية) التي شنت في قوالب السيليكون.تم سكب مادة مانعة للتسرب من السيليكون الشفاف (#RTV108، Momentive) في قالب بلاستيكي مطبوع ثلاثي الأبعاد بمساحة 8 سم 3.قم بإسقاط حبات الفلورسنت المائية فوق السيليكون واتركها حتى يجف وسط الماء.
تم فحص القولون بأكمله باستخدام منظار القولون الطبي القياسي (Olympus، CF-HQ190L) مع إضاءة الضوء الأبيض.بعد أن يحدد أخصائي التنظير منطقة المرض المزعوم، يتم غسل المنطقة بـ 5-10 مل من حمض الأسيتيك 5٪، ثم بالماء المعقم لإزالة المخاط والحطام.تم حقن جرعة 5 مل من 5 ملغم / مل فلوريسئين (Alcon، Fluorescite) عن طريق الوريد أو رشها موضعياً على الغشاء المخاطي باستخدام قنية قياسية (M00530860، Boston Scientific) تم تمريرها عبر قناة العمل.
استخدم الري لطرد الصبغة الزائدة أو الحطام من سطح الغشاء المخاطي.إزالة القسطرة البخاخات وتمرير المنظار من خلال قناة العمل للحصول على صور ما قبل الوفاة.استخدم التوجيه بالمنظار واسع المجال لوضع الطرف البعيد في المنطقة المستهدفة. كان إجمالي الوقت المستخدم لجمع الصور البؤرية أقل من 10 دقائق. كان إجمالي الوقت المستخدم لجمع الصور البؤرية أقل من 10 دقائق. وقت طويل، بشكل جيد على جميع الصور الكونفوكالية، ثابت <10 دقيقة. كان إجمالي الوقت المستغرق لجمع الصور البؤرية أقل من 10 دقائق.كان إجمالي وقت الحصول على الصور البؤرية أقل من 10 دقائق.تمت معالجة فيديو الضوء الأبيض بالمنظار باستخدام نظام التصوير Olympus EVIS EXERA III (CLV-190) وتسجيله باستخدام مسجل فيديو Elgato HD.استخدم LabVIEW 2021 لتسجيل وحفظ مقاطع فيديو التنظير.بعد اكتمال التصوير، تتم إزالة المنظار ويتم استئصال الأنسجة المراد تصويرها باستخدام ملقط الخزعة أو كمين. تمت معالجة الأنسجة من أجل علم الأنسجة الروتيني (H&E)، وتم تقييمها من قبل أخصائي أمراض الجهاز الهضمي الخبير (HDA). تمت معالجة الأنسجة من أجل علم الأنسجة الروتيني (H&E)، وتم تقييمها من قبل أخصائي أمراض الجهاز الهضمي الخبير (HDA). تم استخدام تقنيات لعلم الفسيولوجيا العامة (H&E) وخبراء علم الأمراض في مجال علم الأمراض (HDA). تمت معالجة الأنسجة لعلم الأنسجة الروتيني (H&E) وتقييمها من قبل أخصائي أمراض الجهاز الهضمي الخبير (HDA).يمكن أن يكون هذا هو الحال مع (H&E) و GI 病理学家 (HDA).يمكن أن يكون هذا هو الحال مع (H&E) و GI 病理学家 (HDA). تم استخدام تقنيات لعلم الفسيولوجيا العامة (H&E) وخبراء علم الأمراض في مجال علم الأمراض (HDA). تمت معالجة الأنسجة لعلم الأنسجة الروتيني (H&E) وتقييمها من قبل أخصائي أمراض الجهاز الهضمي الخبير (HDA).تم تأكيد الخواص الطيفية للفلورسين باستخدام مقياس الطيف (USB2000+، Ocean Optics) كما هو موضح في الشكل S2.
يتم تعقيم المناظير بعد كل استخدام من قبل الإنسان (الشكل 8).تم تنفيذ إجراءات التنظيف تحت إشراف وموافقة قسم مكافحة العدوى والأوبئة في مركز ميشيغان الطبي ووحدة المعالجة المركزية للتعقيم. قبل الدراسة، تم اختبار الأدوات والتحقق من صحتها للتعقيم من قبل منتجات التعقيم المتقدمة (ASP، Johnson & Johnson)، وهي كيان تجاري يوفر خدمات الوقاية من العدوى والتحقق من صحة التعقيم. قبل الدراسة، تم اختبار الأدوات والتحقق من صحتها للتعقيم من قبل منتجات التعقيم المتقدمة (ASP، Johnson & Johnson)، وهي كيان تجاري يوفر خدمات الوقاية من العدوى والتحقق من صحة التعقيم. قبل أن يتم تصنيع الأدوات التي تم تصنيعها من قبل شركة منتجات التعقيم المتقدمة (ASP، Johnson & Johnson)، مؤسسة تجارية، جميع خدمات الوقاية من العدوى والتحقق من التعقيم. قبل الدراسة، تم اختبار الأدوات واعتمادها للتعقيم بواسطة منتجات التعقيم المتقدمة (ASP، Johnson & Johnson)، وهي منظمة تجارية تقدم خدمات الوقاية من العدوى والتحقق من التعقيم. قبل استخدام الأدوات السابقة، تم استخدام منتجات التعقيم المتقدمة والمختبرة (ASP, Johnson & Johnson)، وهي منظمة تجارية تقدم خدمات احترافية العدوى الطفيلية والتحقق من التعقيم. تم تعقيم الأدوات وفحصها قبل الدراسة بواسطة منتجات التعقيم المتقدمة (ASP، Johnson & Johnson)، وهي منظمة تجارية تقدم خدمات الوقاية من العدوى والتحقق من التعقيم.
إعادة تدوير الأدوات.(أ) توضع المناظير الداخلية في صواني بعد كل عملية تعقيم باستخدام عملية معالجة STERRAD.(ب) يتم إنهاء SMF والأسلاك بموصلات الألياف الضوئية والكهربائية، على التوالي، والتي يتم إغلاقها قبل إعادة المعالجة.
تنظيف المناظير عن طريق القيام بما يلي: (1) مسح المنظار بقطعة قماش خالية من الوبر مبللة بمنظف أنزيمي من الأقرب إلى البعيد؛(2) اغمر الجهاز في محلول المنظف الأنزيمي لمدة 3 دقائق مع الماء.نسيج خالي من الوبر.تتم تغطية الموصلات الكهربائية وموصلات الألياف الضوئية وإزالتها من المحلول؛(3) يتم لف المنظار ووضعه في صينية الأدوات للتعقيم باستخدام بلازما غاز بيروكسيد الهيدروجين STERRAD 100NX.درجة حرارة منخفضة نسبيا وبيئة رطوبة منخفضة.
مجموعات البيانات المستخدمة و/أو التي تم تحليلها في الدراسة الحالية متاحة من المؤلفين المعنيين بناءً على طلب معقول.
Pilonis، ND، Januszewicz، W. & di Pietro، M. التنظير الداخلي بالليزر متحد البؤر في التنظير الهضمي المعوي: الجوانب التقنية والتطبيقات السريرية. Pilonis، ND، Januszewicz، W. & di Pietro، M. التنظير الداخلي بالليزر متحد البؤر في التنظير الهضمي المعوي: الجوانب التقنية والتطبيقات السريرية.Pilonis، ND، Januszewicz، V. i di Pietro، M. التنظير الداخلي بالليزر متحد البؤر في التنظير الهضمي: الجوانب التقنية والتطبيق السريري. 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: الجوانب التقنية والتطبيقات السريرية.Pilonis, ND, Januszewicz, V. i di Pietro, M. التنظير الداخلي بالليزر متحد البؤر في التنظير الهضمي الهضمي: الجوانب التقنية والتطبيقات السريرية.ترجمة الهيبارين الهضمي.7، 7 (2022).
المنصور، مر وآخرون.تحليل السلامة والفعالية للتنظير الداخلي بالليزر متحد البؤر من SAGES TAVAC.عملية.التنظير 35، 2091-2103 (2021).
فوجازا، أ. وآخرون.التنظير بالليزر متحد البؤر في أمراض الجهاز الهضمي والبنكرياس: مراجعة منهجية وتحليل تلوي.علم الطب الحيوي.خزان.داخلي 2016، 4638683 (2016).