הדמיה מולטימודליות וספקטרוסקופיה סיבים צרור פלטפורמת Microendoscopy עבור לא פולשני, In vivo בדיקת רקמות

Summary

מתואר ההרכבה והשימוש במיקרואנדוסקופ רב-מודאלי שיכול לרשום במשותף נתוני תמונת רקמה שטחיים עם פרמטרים פיזיולוגיים של רקמות כולל ריכוז המוגלובין, ריכוז מלנין וריווי חמצן. טכניקה זו יכולה להיות שימושית להערכת מבנה רקמות וזילוף, וניתן לייעל אותה לצרכים האישיים של החוקר.

Abstract

טכניקות microendoscopy סיבים צרורים אחרונות לאפשר ניתוח פולשני של רקמות in vivo או באמצעות טכניקות הדמיה או שילוב של טכניקות ספקטרוסקופיה. שילוב טכניקות הדמיה וספקטרוסקופיה לתוך חללית אופטית בודדת עשוי לספק ניתוח מלא יותר של בריאות רקמות. במאמר זה, שתי שיטות שונות משולבות, הדמית microendoscopy קרינה גבוהה ברזולוצית ספקטרוסקופיה החזרה מפוזרת, לתוך חללית אופטית יחידה. דימות פלואורסצנטי microendoscopy הפרדה גבוהה טכניקה המשמשת לדמיין המיקרו-ארכיטקטורת פסגת רקמות, אם כי טכניקה איכותית בעיקר, הוכיחה בידול בזמן אמת יעיל בין רקמת אנטינאופלסטיים הלא ממאירה. החזרת ספקטרוסקופיה המפוזרת היא טכניקה שיכול לחלץ פרמטרים פיסיולוגיים רקמות כולל ריכוז המוגלובין מקומי, ריכוז מלנין, רוויון חמצן. מאמר זה מתאר את המפרט required לבנות את החללית סיבים אופטיים, איך לבנות את המכשור, ולאחר מכן מדגים את הטכניקה על העור in vivo האדם. עבודה זו עולה כי מיקרו-ארכיטקטורה רקמות, קרטינוציטים העור הפסגה במיוחד, יכול להיות שותף רשום עם פרמטרים פיזיולוגיים הקשורים אליו. חללית מכשור סיבים הצרור המוצגת כאן יכולה להיות מותאמת כמו גם מכשיר כף יד או אנדוסקופית התואמת לשימוש במגוון מערכות איברים. מחקר קליני נוסף דרוש על מנת לבחון את הכדאיות של טכניקה זו עבור מצבי מחלה אפיתל שונים.

Introduction

סיבים צרורי טכניקות microendoscopy בדרך כלל לנתח ברקמות vivo או באמצעות טכניקות הדמיה או שילוב של טכניקות ספקטרוסקופיה. ^1-3 אחת טכניקת דימות כגון, microendoscopy קרינה ברזולוציה גבוהה, יכול תמונת רקמות פסגה המיקרו-ארכיטקטורה עם רזולוצית משנה הסלולר ב קטן , שדה של נוף microscale, באמצעות חומר ניגוד אקטואלי כגון proflavine, והעמסה, או דיו pyranine. ^1,3-11 שיטת הדמיה זו הוכיחה מבטיחה ביצועים קליניים להבדיל רקמות אפיתל חולות איכותי ובריאות בזמן אמת עם נמוך השתנות בין צופה. ⁸ לפעמים, חוקרים ישתמשו בנתוני מיקרוסקופ פלואורסצנטי ברזולוציה גבוהה כדי לחלץ תכונות כמותיות, כגון תא וגודל גרעיני או באזור בלוטה, אבל זה נשאר בגדר טכניקה איכותית בעיקר הממוקדת כלפי חזותי מורפולוגיה רקמות. ^{1,3,8- 10} המצד השני, טכניקות ספקטרוסקופיה, כגוןכמו ספקטרוסקופיה החזרה מפוזרת, ממוקד לקראת מתן מידע רקמות פונקציונלי הראה מבטיח ביצועים קליניים בזיהוי נגעים סרטניים כמותית באיברים רבים. ^2,12-15

לכן, יש צורך עבור מכשיר המשלב שני סוגי ולנהלים פוטנציאל לצמצם עוד יותר השתנות בין הצופה, לשמור ויזואליזציה בזמן אמת של רקמות מיקרו-ארכיטקטורה, ולספק ניתוח מלא יותר של בריאות רקמות. כדי להשיג מטרה זו, מכשיר המבוסס על בדיקת multimodal נבנה משלב שתי שיטות בתוך חללית סיבים אופטיים יחידה:. Microendoscopy קרינה גבוהה ברזולוצית ספקטרוסקופיה החזרת משנה מפוזרת ¹¹ זה-אוגר שיתוף שיטה האיכותנית תמונות ברזולוציה גבוהה של פסגה מורפולוגיה רקמות (תכונות מבניות) עם מידע ספקטרלי כמותית (תכונות פעילות) משתי במעמקי רקמות נפרדים כולל ריכוז המוגלובין מקומי ([Hb]), ריכוז המלנין ([מל]), ואת ריווי חמצן (סאו _2). ^11,12,16 אפנות ספקטרוסקופיה החזרת משנה מפוזר ספציפיות זה משתמש בשתי פרדות-גלאי מקור (SDSS) לדגום שני במעמקי רקמות ייחודיים לאספקה תמונה מקיפה יותר של בריאות רקמות באמצעות דגימת עד קרום המרתף stroma הרקמה הבסיסית. ¹¹

הסיבים-הבדיקה מורכבת סיב דימוי מרכזי 1 מ"מ בקוטר עם אלמנטי סיבים בקוטר כ 50,000 4.5 מיקרומטר, בקוטר חיפוי של 1.1 מ"מ בקוטר ציפוי כולל של 1.2 מ"מ. סיבי התמונה מוקף בחמישה 200 מיקרומטר סיבים בקוטר בקטרי חיפוי של 220 מיקרומטר. כל סיב multimode 200 מיקרומטר ממוקם במרחק מרכז אל מרכז של 864 מיקרומטר הרחק ממרכז הסיב התמונה. כל אחד סיבי multimode 200 מיקרומטר פסוקים 25 °. באמצעות סיבים multimode 200 מיקרומטר השמאלי ביותר כמו סיבים "המקור", ואת ה נוספתרי 200 מיקרומטר סיבים multimode כמו "אוסף" הסיבים, גיאומטריה זה בהכרח יוצר שלושה מרכז אל מרכז SDSS של 374 מיקרומטר, 730 מיקרומטר, 1,051 מיקרומטר, ו 1,323 מיקרומטר. עצות הסיבים מוקפות בתוך מעטפת מתכת גלילית שמחזיקה את המרחקים בין קבוע סיבים. הקוטר של מארז המתכת הגלילי הוא 3 מ"מ. בקצה הדיסטלי (לקראת קצה החללית סיבים אופטיים) של החללית סיבים אופטיים ארוך 2 מטרים. החללית אז מפרידה לששת סיבי פרט בהתאמה בסוף הפרוקסימלי (לכיוון המכשור) שהינה בעלת ארוך נוסף 2 מטרים, עבור באורך כולל של 4 מטרים. איור 1 מציג ייצוג של חללית הסיבים אופטיים.

איור 1:. עיצוב חללית סיבים אופטי חללית הסיבים אופטיים מורכבת 1 אחד סיבי תמונת מ"מ בקוטר וארבעה 200 מיקרומטר סיבים מרובים. זֶההאיור מציג ייצוגים של (א) את הכובע בסוף מתכת אשר מגביל את הגיאומטריה של סיבים על קצה החללית להניב SDSS של 374, 730, ו 1,051 מיקרומטר ביחס סיבים 200 מיקרומטר multimode השמאלי ביותר (סרגל קנה מידה ≈ 1 מ"מ), (ב) הסיבים להיות מוגבל בתוך מכסה מתכת, מראה את ליבות סיבים, חיפוי סיבים, וציפוי סיבים (סרגל קנה מידה ≈ 1 מ"מ), (ג) לנדן פוליאמיד מגן סביב סיבי (סרגל קנה מידה ≈ 1 מ"מ), (ד ) את קצה דיסטלי המוגמר של החללית, עם האחיזה מתכת כבל שחור יחיד המכיל את כל סיבי (סרגל קנה מידה ≈ 4 מ"מ), ו- (ה) תמונה של קצה דיסטלי של החללית (סרגל קנה מידה ≈ 4 מ"מ). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

מכשור multimodal זה techni הקשוריםque הוא השילוב הראשון של שיטות אלה בתוך חללית יחידה, אם כי טכניקות מבניות / פונקציונליות משולבות אחרים אכן קיימות המשלבים באופנים שונים. לדוגמה, הדמיה היפרספקטראלית משלב הדמיה רחב בתחום בעלי תכונות המוגלובין מלנין כמותי, ^17,18 וטכניקות אחרות פותחו המשלבים טומוגרפיה קוהרנטיות אופטית (אוקטובר) עם ניתוח של ביטוי חלבון רקמות, ¹⁹ עד כמה שם. דוחות מאמר זה על התקנת מכשור קומפקטית וקלה ליישם המשתמשת חללית סיבים אופטיים כללית אשר יכול להיות מותאמת למטרות שונות כולל שימוש אנדוסקופית במערכת העיכול התחתון וושט או כמו בדיקת כף יד לשימוש בחלל הפה ושם חיצוני בעור. ^11,20

החומרה עבור מכשור זה דורשת הוא רכישת נתונים מותאם אישית וקוד שלאחר עיבוד לרכוש ספקטרום החזרה מפוזר ולאחר מכן לחלץ את volum וכתוצאה מכךדואר בממוצע פרמטרים פיזיולוגיים רקמות כולל [Hb], [מל], והפרקליטות _2. קוד איסוף נתונים המותאמים אישית נבנה כדי לאפשר רכישת סימולטני ממצלמה (עבור מיקרוסקופ פלואורסצנטי ברזולוציה גבוהה) ו ספקטרומטר (עבור ספקטרוסקופיה החזרה מפוזרת). נהגה לעתים קרובות זמינים שנלקחו מאתרים של היצרנים על מנת לאפשר אינטגרציה עם מגוון רחב של שפות תכנות. הקוד המותאם אישית שלאחר עיבוד מייבאת ערכים קליט פריורית in vivo [Hb] ו [מל] ²¹ ולאחר מכן מנצל תהליך קוי בעבר פתח אופטימיזציה הולם שיוצר עקומה מצוידת של הספקטרום. ²² העקומה המצוידת נבנתה על ידי מזעור χ ² ערך בינו לבין ספקטרום הגלם וקביעת פרמטרים פיזיולוגיים רקמות ([Hb], [מל], והפרקליטות ₂₎ מעקום מצויד ועם ערך χ ² הנמוך ביותר. ²² ניתן לשנות את הקוד כדי לכלולקליטה מ chromophores אחר גם כן, כמו דיו pyranine אקסוגניים משמש כאן, כך יעד פרמטרים פיסיולוגיים אינם מושפעים.

סממנים פיזיולוגיים של בריאות רקמות, כגון [Hb], [מל], והפרקליטות _2, יכול לשמש דיווחים על תגובת הגידול לטיפול או כאינדיקטורים כלי דם מקומיים אנגיוגנזה. ^14,23 כולל אופנות microendoscopy הקרינה ברזולוציה גבוהה עוזר מיקום מדריך חללי ומספק לחוקרי תמונה שלמה יותר של הקשר בין מבנה רקמות אפיתל ותפקוד. במאמר זה, בנייה ויישום של microendoscope multimodal מתואר. ¹¹

Protocol

אישור הדירקטוריון סקירה מוסדיים (IRB # 15-09-149) הושג מהתוכנית ניסויים בבני אדם באוניברסיטת ארקנסו לכל ההיבטים של מחקר זה. השיטות שתוארו בוצעו בהתאם להנחיות שאושרו, והסכמתם התקבלה מכל המשתתפים.

1. האסיפה של לערוץ ברזולוציה גבוהה הקרינה Microendoscopy

הערה: השלבים המתוארים להרכבה של אפנות microendoscopy הקרינה ברזולוציה גבוהה ניתן דמיינו באיור 2.

1. להציב מראה Dichroic 470 ננומטר בתוך קוביה קייג 30 מ"מ.
   1. השג קוביית כלוב 30 מ"מ ו להסיר את מסנן dichroic הר.
   2. להציב מראה dichroic 470 ננומטר במסנן dichroic הר.
   3. הכנס מחדש ולאבטח את מסנן dichroic ההר בחזרה בתוך קוביית הכלוב.
2. צרף קייג העצרת מוטות לקובייה קייג 30 מ"מ.
   1. לבטחארבעה 1.5 מוטות כלוב הרכבת אינץ לחזית של קוביית הכלוב.
   2. Secure ארבע מוטות הרכבת כלוב 3.0 אינץ 'לצד ימין של קוביית הכלוב.
   3. שני 2.0 אינץ 'כלוב הרכבת Secure מוטה באלכסון בצד השמאל של קוביית הכלוב.
3. לבנות עצרת Tube פלייט קייג / עדשה.
   1. השג צלחת כלוב 1.0 אינץ הליכי 30 מ"מ ולצרף טבעת תמך ללא מתח לחלק הפנימי של צלחת כלוב באמצעות השחלה מסופק.
   2. בורג בתוך שפופרת עדשת 1.0 אינץ 'עד הטבעת תמכה ללא מתח.
   3. צרף אינץ 1.0 שניית הליכי 30 צלחת מ"מ כלוב אל צינור עדשת 1.0 אינץ ולהתאים את הטבעות תמכו הסטנדרטיות כך ששתי צלחות הכלוב מיושרות.
4. החלק את מכלול Tube 1.0 אינץ קייג פלייט / עדשה על הצד השמאלי של קיוב קייג 30 מ"מ.
5. לבנות במראה בזווית ישרה תופסני.
   1. השג מראה בזווית ישרה הר אינץ 1.0 במראה אלומיניום UV משופרת.
   2. מניחים את 1.0 inch UV משופרת במראה אלומיניום במראה הר והדק.
   3. Secure ארבע מוטות הרכבת כלוב 2.0 אינץ 'אל מול מראה הר
   4. שני 2.0 אינץ 'כלוב הרכבת Secure מוטה באלכסון בצד ימין של קוביית הכלוב.
6. חבר את המראה בזווית הישרה תופסני על הצד השמאלי של הרכבת צינור 1.0 אינץ 'כלוב צלחת / עדשה על ידי נחת מוטות הרכבת כלוב יריב דרך הפתחים המתאימים של צלחת כלוב 30 מ"מימ.
7. מפרסם תרגום Z- ציר הר דרך מוטות הרכבת כלוב 3.0 אינץ 'בצד ימין של האסיפה.
8. צרף עדשה אובייקטיבית אכרומטית 10X לתרגום Z- ציר ההר.
9. לבנות עדשת תרגום צלחת מתאם סיבים 1.0 אינץ '/ XY ציר תופסני.
   1. קבל תרגום XY ציר הר וצלחת מתאם סיבים 1.0 אינץ '.
   2. אבטח את צלחת מתאם סיבי 1.0 אינץ 'לתוך עדשת תרגום XY ציר ההר.
10. שקופיות tהוא עדשת תרגום 1.0 אינץ 'סיבי מתאם / XY ציר תופסני מול העדשה האובייקטיבית.
11. השג שני 0.5 אינץ 'ארוך, 1.0 אינץ' צינורות העדשה קוטר, אחד 440/40 ננומטר bandpass מסנן (פילטר עירור) ולסנן bandpass אחד 525/36 ננומטר (מסנן פליטה).
12. מניח כל מסנן בתוך צינור עדשה בקוטר 0.5 אינץ 'ארוך, 1.0 אינץ', כך על החץ בצד החיצוני של המסנן מול הצד של צינור העדשה עם תבריג החיצוני.
13. צרף את המסננים לאסיפה.
    1. לקבלת שתי טבעות תמכו סטנדרטיות.
    2. אבטח את המסננים בתוך אינץ 0.5 ארוך, 1.0 אינץ 'הצינורות בקוטר עדשה עם הטבעות תמכו הסטנדרטיות.
    3. בורג בצינור העדשה עם מסנן עירור לחזית של הקוביה כלוב 30 מ"מ בורג בצינור העדשה עם מסנן פליטה אל המראה בזווית ישרה הר.
    4. בורג בצינור עדשה 0.5 אינץ 'עם מסנן פליטה אל מול המראה בזווית ישרה הר.
14. obtain השני 1.0 אינץ הליכי 30 צלחות מ"מ כלוב ומניח אותם מול ארוכה 0.5 אינץ ', 1.0 אינץ' צינורות עדשה בקוטר המכילים מסננים.
15. באמצעות אפוקסי או דבק חזק, לצרף 455 ננומטר LED לצלחת כלוב מחובר מסנן עירור.
16. השג אחד 0.5 אינץ 'ארוך, 1.0 אינץ' צינור עדשה בקוטר עדשה צינור כפיל 1.0 אינץ אכרומטית עם אורך מוקד של 50 מ"מ.
17. מניח את עדשת הצינור בתוך צינור העדשה כזו שהחץ על החלק החיצוני של עדשה מתמודד עם הצד של צינור העדשה עם תבריג החיצוני.
18. בורג ב עדשת הצינור אל המכלול.
    1. השג אחד טבעת תמך סטנדרטית.
    2. אבטח את העדשה בתוך צינור עדשה בקוטר 0.5 אינץ 'הארוך, 1.0 אינץ' עם הטבעת תמך הסטנדרטית.
    3. צרף צינור העדשה עם עדשת הצינור לצלחת בכלוב השמאלית ביותר.
19. מניחים צלחת כלוב 30 מ"מ מול הצינור עדשה 0.5 אינץ 'ארוך, 1.0 אינץ' קוטר המכיל את העדשה צינור.
20. צרפתי תמך ללא מתח הטבעת הפנימי של צלחת כלוב 30 מ"מ.
21. צרף מצלמה מונוכרום USB לצלחת כלוב עם טבעת תמך ללא מתח.
22. Construct מכשירי הרכבת פוסט האופטיים.
    1. השג ארבעה 0.5 מחזיקי פוסט אינץ ', ארבע נקודות אופטיות 0.5 אינץ', וארבעה בסיסים גוברים.
    2. אבטח את ההודעות אופטיות 0.5 אינץ 'בתוך מחזיקי פוסט 0.5 אינץ'.
    3. אבטח את מחזיקי פוסט 0.5 אינץ 'על הבסיסים הגוברים.
23. בורג ב המכשירים גובר ארבעה פוסט האופטי אל חורי הברגים הממוקם תחת קוביית כלוב 30 מ"מ, במראה בזווית ישרה הר, צלחת כלוב מחובר LED, ואת צלחת כלוב המחובר למצלמה.
24. בורג בארבעה הפוסט האופטי הרכבת התקנים בין כאדם קרש חיתוך אופטי או שולחן אופטי לסיים בנייה באופנות microendoscopy הקרינה ברזולוציה הגבוהה.

ftp_upload / 54,564 / 54564fig2.jpg "/>
איור 2:. עצרת של אפנות הקרינה microendoscopy ברזולוציה גבוהה באופנות microendoscopy קרינה ברזולוציה גבוהה ניתן לבנות על ידי בניית מעטפת של 1.0 אינץ 'רכיבים בגודל קוטר, עם טיפול מיוחד נלקח בטיפול מראה dichroic, עדשה אובייקטיבית, עירור / מסנני פליטה, ואת עדשת צינור. משטחי זכוכית של רכיבים אלה חייבים להיות מטופלים באמצעות נייר עדשה בזהירות. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

2. אסיפה של לערוץ ספקטרוסקופיה ההחזרה תת המפוזר

הערה: השלבים המתוארים להרכבה של אפנות ספקטרוסקופיה ההחזרה משנה מפוזר ניתן דמיינו באיור 3.

1. השג מקור אור טונגסטן-הלוגן, באמצעות אפוקסי או דבק חזק, להבטיח threade 1.0 אינץ 'צלחת כלוב ד 30 מ"מ על החלק הקדמי.
2. Secure ארבע מוטות הרכבת כלוב 3.0 אינץ לצלחת הכלוב.
3. צרף תרגום Z- ציר הר אל מוטות מכלול המסגרת.
4. בורג בתוך העדשה אובייקטיבי אכרומטית 20X לתרגום Z- ציר הר.
5. לבנות עדשת תרגום צלחת מתאם סיבים / XY ציר תופסני.
   1. קבל תרגום XY ציר הר וצלחת מתאם סיבים 1.0 אינץ '.
   2. אבטח את צלחת מתאם סיבים לתוך עדשת תרגום XY ציר ההר.
6. חלק את מתאם סיבי 1.0 אינץ '/ XY-תרגום תופסני מול העדשה האובייקטיבית.
7. לבנות את מכלול זרוע מנוע.
   1. השג את זרוע מנוע אלומיניום שהותקנה צלחת מתאם סיב אחד SMA.
   2. בורג בצלחת מתאם סיבים (עם השחלה חיצונית) לתוך זרוע מנוע אלומיניום (עם שחלה פנימית).
   3. חבר את מתאם זרוע המנוע שהותקן אלומיניום לזרוע המנוע עם ארבעה # 4-40 0.5. ברגים.
8. לבנות את מכלול דיור המנוע / רכב הזרוע / מנוע.
   1. השג את בית מנוע אלומיניום שהותקן ואת מנוע צעד 400 צעדים.
   2. בשורה את חורי ברגי מנוע הצעד ודיור המנוע ואז לאבטח עם ארבעה # 4-40 0.5 ברגי אינץ '.
   3. להאכיל את מוט המנוע התורן של מנוע הצעד דרך הפתח של שמכלל מנוע הזרוע והדק את בורג הנעילה על מתאם זרוע מנוע אלומיניום.
9. לבנות את מכלול המתג האופטי.
   1. השג את מתג אופטי אלומיניום שהותקן ושלוש צלחות מתאם סיבים 1.0 אינץ '.
   2. השחל את צלחות המתאם לתוך חורי הליכים במתג האופטי.
   3. צרף את פן צלחת מתג אופטי אלומיניום שהותקן על המתג האופטי עם ארבעה # 4-40 0.5 ברגי אינץ '.
10. הצמד את מכלול דיור מנוע / רכב זרוע / מנוע למתג האופטי על ידי האכלת מוט המנוע התורן של מנוע הצעד דרך החור המרכזי של tהוא מתג אופטי.
11. קבל מעגלים חשמליים נהג מנוע צעד, ולאחר מכן למקם את נהג מנוע צעד על פני החריץ המרכזי של קרש החיתוך.
12. שים סכמטית החיבור החשמלית (איור 3, 2.12) עבור נהג מנוע צעד, 12 ספק כוח V ולאחר מנוע צעד.
13. חבר את נהג מנוע צעד, 12 ספק כוח V ולאחר מנוע צעד כמפורט בתרשים המעגל (איור 3, 2.12) כדי להשלים את הבנייה של המתג האופטי הממונע.
14. בורג במרכיבי מתג האופטי מקור אור טונגסטן-הלוגן אל קרש חיתוך אופטי או שולחן אופטי ליד נבנה בעבר (איור 2, 1.24) הרכבת microendoscopy הקרינה ברזולוציה גבוהה.
15. חבר קצה אחד של 550 מיקרומטר, 0.22 NA תיקון כבל לצלחת מתאם סיבים 1.0 האינץ 'של הרכבת זרוע מנוע.
16. חבר את הקצה השני של 550 מיקרומטר, 0.22 NA תיקון כבל סיב להתחבראו של ספקטרומטר USB.
17. בורג בחמש כבלי בדיקה דיסטלי צלחות מתאם סיבים 1.0 אינץ 'בהתאמה על המכשור לסיים השלמת הדמיה ברזולוציה גבוהה multimodal ו microendoscope סיבים צרור ספקטרוסקופיה ההחזרה משנה מפוזר.
    1. לדפוק את כבל סיב תמונה 1 מ"מ קוטר המרכזי לצלחת מתאם סיבים 1.0 אינץ 'הנזכר בשלב 1.9.2.
    2. לדפוק את כבל סיב multimode 200 מיקרומטר השמאלי ביותר לצלחת מתאם סיבים 1.0 אינץ 'הנזכר בשלב 2.6.
    3. לדפוק את כבל סיב multimode 2 ^nd 200 מיקרומטר למתאם סיבים 1.0 אינץ השמאלי ביותר המצורפת מנורת טונגסטן-הלוגן שצוינה בשלב 2.9.2.
    4. לדפוק את כבל סיב multimode 3 ^rd 200 מיקרומטר לצלחת מתאם סיבים 1.0 אינץ 'באמצע שצוינה בשלב 2.9.2.
    5. לדפוק את כבל סיב multimode 4 ^th 200 מיקרומטר לצלחת מתאם סיבים 1.0 אינץ הימני ביותר הנזכר בשלב 2.9.2.

איור 3:. עצרת של אפנות ספקטרוסקופיה החזרת המשנה מפוזר ניתן לבנות באופנות ספקטרוסקופיה החזרת משנה המפוזרות באמצעות מנורת טונגסטן-הלוגן בסיסית מצמידה את העדשה אובייקטיבית להתמקד אור דרך סיבי משלוח 200 מיקרומטר multimode, ו ספקטרומטר. בנוסף, מתג אופטי ממונע שהותקן ניתן לבנות בתוך נתיב מנורה-סיבים ספקטרומטר כדי לעבור בין כל SDS. חוקר באמצעות ספקטרומטרים מרובים לרכוש ממנה SDSS המרובה יכול לעקוף את רכיב המתג האופטי. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

כיול 3. לערוץ ספקטרוסקופיה ההחזרה תת המפוזר

הערה: fצעדי ollowing (סעיף 3) חייבים להסתיים לפני איסוף נתונים ספקטרלי (סעיף 4).

1. הפעילו את כל הרכיבים של המכשור, כולל 455 ננומטר LED, מנורת טונגסטן-הלוגן בפס רחב, מצלמת CMOS, ספקטרומטר USB, מנוע צעד, ולוח שליטה מוטורית. ודא את התריס על מנורת טונגסטן-הלוגן פתוח.
2. כבה את כל אור הסביבה.
3. פתח את תוכנת רכישת נתונים המותאמת אישית.
4. שמור ציוד ריצה למשך 30 דקות עבור המנורה להגיע לטמפרטורה מתאימה ועבור רעש טמון מן ספקטרומטר לייצב.
5. מניח תקן החזרה 20% מפוזר בתוך הפתח בתחתית המכשיר הסטנדרטי שהותקן, 3D מודפס הכיול.
6. מניח את חללית הסיבים אופטיים בתוך החריץ השמאלי ביותר של המנהג, מודפס 3D בעל סיבים, הפגין איור 4. החריץ השמאלי ביותר מתקן את המרחק ניצב מן קצה חללית הסיבים אופטיים תקן ההחזרה על 2.1 מ"מ, המהווה את opמרחק timum בה האות שהגיע ספקטרומטר מוגדל עבור SDS הראשון של 374 מיקרומטר.
7. התאם את המתג האופטי הממונע לעמדה השמאלית ביותר כך ספקטרומטר מחובר SDS הראשון של 374 מיקרומטר.
8. קבע את הזמן אינטגרציה ל -500 מילי-שניות. זמן שילוב זה חייב להיבחר כדי לא להרוות את ספקטרומטר אבל לשמור על זמן אינטגרציה נמוך כמעט.
9. רוכשת קשת, R _{מקסימום, 374μm,} על ידי לחיצה על "רוכש ספקטרום" בתוכנה.
10. סגור את התריס על מנורת טונגסטן-הלוגן ולהקליט קשת, _{כהה R, 374μm,} רעשי רקע, על ידי לחיצה על "רוכשת ספקטרום" בתוכנה. רכש פעם, לפתוח את התריס שוב.
11. מניח את חללית הסיבים אופטיים בתוך החריץ הימני ביותר של המנהג, מודפס 3D בעל סיבים, הפגין איור 4. החריץ ממני מתקן את המרחק ניצב מן הסיבים-oקצה החללית ptic תקן ההחזרה של 3.9 מ"מ, המהווה את המרחק האופטימלי בה האות שהגיע ספקטרומטר מוגדל עבור SDS השני של 730 מיקרומטר.
12. התאם את מתג אופטי ממונע עד האמצע כך ספקטרומטר מחובר SDS השני של 730 מיקרומטר.
13. רוכשת קשת, R _{מקסימום, 730μm,} על ידי לחיצה על "רוכש ספקטרום" בתוכנה.
14. סגור את התריס על מנורת טונגסטן-הלוגן ולהקליט קשת, _{כהה R, 730μm,} רעשי רקע, על ידי לחיצה על "רוכשת ספקטרום" בתוכנה.
15. פתח את התריס שוב.

איור 4:. כיול של אפנות ספקטרוסקופיה ההחזרה משנה מפוזר עבור כיול שלפני הניסוי, את קצה החללית סיבים אופטיים יש להציב שוניםמרחקים בניצב מן סטנדרט ההחזרה מפוזרת 20% תלויים SDS. כדי להשיג את אלה מרחקים בניצב באופן עקבי על פני כל הניסויים, מכשיר תקן כיול נועד (חתך מכשיר שמוצג (א)) להחזיק את החללית במרחקים מדויקים מן סטנדרט ההחזרה המפוזר 20%. ב התקנת בדיקת סיבים אופטיים הספציפית הזה, אור ממנורת טונגסטן-ההלוגן מוצג דרך המתג האופטי ב פרדות מקור-גלאי של (ב) 374 מיקרומטר ו (ג) 730 מיקרומטר (עם זרוע מנוע והמנוע הוסר מנתיב האופטי לבהירות). מרחקים של (ד) 2.1 מ"מ עבור 374 מיקרומטר SDS, ו- (ה) 3.9 מ"מ עבור 730 מיקרומטר SDS נדרשים לכיול. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

4. Vivo נתונים Acquisition ו- Extraction נכס אופטי מעור אדם

בסעיף זה, טכניקת microendoscope multimodal תהיה הפגינה על עור in vivo אדם.

1. פתח את תוכנת רכישת נתונים מותאם אישית ולהתאים את זמן האינטגרציה ספקטרומטר ידי לחיצה על "אינטגרציה זמן" ולהגדיר אותו כך שהוא זהה במהלך כיול, שהיה 500 msec במקרה זה (שלב 3.8).
2. לקבוע את השטח של העור שבו לרכוש נתונים, אשר עשוי להיות שונה על פי בקשת החוקר. במקרה זה, העור הדק של האמה נבחר כהפגנה.
3. אם אזור העור מכיל שיער, להסיר את השיער עם סכין גילוח סטרילי חד פעמי.
4. השג סימון צהוב סטנדרטי, המכיל דיו pyranine, קלות וסמן את שטח העור הנבחר.
5. הפעל את נורית 455 ננומטר ולסגור את התריס אל מנורת טונגסטן-הלוגן.
6. מניחים את החללית במגע עדין עם העור.
7. הזיזו את החלליתסיבוב על האזור המוכתם של רקמות כדי להציג הזנה ברזולוציה גבוהה בזמן אמת של ארכיטקטורת keratinocyte פסגה על חלון הצפייה של התוכנה.
8. בחר זמן ולהשיג חשיפה מתאים, 150 msec ו -10 רווח dB במקרה זה, כדי למנוע רווית תמונה, על ידי לחיצה על "זמן חשיפה" ו "קבל", כתוב את התוכן שלכם הערכים המתאימים, ולאחר מכן לחיצה על "החל הגדרות" בתוכנה מִמְשָׁק.
9. רוכש תמונה על ידי לחיצה על "תמונה לרכוש" בממשק התוכנה.
10. תוך שמירה על החללית באותו אתר תדמיתי, לכבות את הנורית 455 ננומטר לפתוח את התריס אל מנורת טונגסטן-הלוגן.
11. התאם את המתג האופטי הממונע לתפקיד עזב כך ספקטרומטר מחובר SDS השני של 374 מיקרומטר.
12. רוכשת ספקטרה, _{רקמות R, 374μm,} על ידי לחיצה על "רוכשת ספקטרה" בממשק התוכנה.
13. התאם את המתג האופטי הממונע אל ה באמצע העמדה כזועל ספקטרומטר מחובר SDS השני של 730 מיקרומטר.
14. רוכשת ספקטרה, _{רקמות R, 730μm,} על ידי לחיצה על "רוכשת ספקטרה" בממשק התוכנה.
15. פתח את התוכנה שלאחר העיבוד המותאם אישית.
16. הפעל את תוכנת עיבוד פוסט על ידי לחיצה על "הפעל" ובחר את תמונת קרינה ברזולוציה הגבוהה, ספקטרה כיול ארבע, ושניים in vivo ספקטרה מהתיקייה שבה הנתונים נצלו כאשר יתבקשו לעשות זאת על ידי התוכנה.
    ההערה: התוכנה המותאמת אישית מקבלת את ההחזרה המוחלטת הנכונה _{(ABS R, 374μm} ו R _{שרירי בטן, 730μm)} באמצעות המשוואות הבאות.
    
    
    הקוד שלאחר העיבוד, כפי שתואר לעיל, מחשבת עקומה מצוידת אל ספקטרום ההחזרה המפוזרת (משוואות 1 ו -2) ולאחר מכן Determines פרמטרים פיזיולוגיים רקמות כולל ([Hb], [מל], והפרקליטות _2). ^11,22,24

Results

בעקבות פרוטוקול זה, החוקר יהיה להשיג תמונת פוקוס ברזולוציה גבוהה של האתר רקם עם השדה המלא של תצוגה (איור 5). קווי המתאר של תאים שניתן לראות אם מוכתמות בדיו pyranine מ סימון צהוב תקן, בעוד שניתן לראות גרעיני תאים בודדים אם מוכתם לצבוע כגון proflavine. בעקבות רכישת רפאים, תוכנת עיבוד הפוסט משתמשת ידע אפריורי של ריכוז המוגלובין in vivo ([Hb]) וריכוזי מלנין ([מל]) ²¹ כדי להתאים את ספקטרום החזרה-מפו...

Discussion

ההדמיה ברזולוציה גבוהה multimodal ו microendoscope סיבים צרורים ספקטרוסקופיה החזרת משנה המפוזר דיווח כאן יכולים להיות מותאמת בשימוש על ידי חוקרים עבור מגוון רחב של יישומים, כולל אנדוסקופית או שימוש כף יד עבור מחקרים בבני אדם או בעלי חיים. זה ובכך מספק שיטה גמישה המאפשר הדמיה באדריכלות-מיקרו רקמות הפסגה vivo לצד מדידות של ריכוז המוגלובין, ריכוז מלנין, רוויון החמצן ברקמות משני במעמקי רקמות שונות. מאמר זה מתאר את המפרטים עבור החללית סיבים אופטיים, התווה פרוטוק...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
קוביית כלוב 30 מ"מ עם תושבת מסנן דיכרואית	Thorlabs, Inc.	CM1-DCH
470 ננומטר מראה דיכרואית (מפצל קרן)	Chroma Corporation	T470lpxr
, 1.5 אינץ', 4 חבילות	Thorlabs, Inc.	לכלוב ER1.5-P4
, 3.0 אינץ', 4 חבילות	Thorlabs, Inc.	לכלוב ER3-P4
, 2.0 אינץ', 4 חבילות	Thorlabs, Inc.	ER2-P4
SM1 עם הברגה 30 מ"מ כלוב צלחת	Thorlabs, Inc.	CP02
SM1	Thorlabs, Inc.	SM1PRR
SM1, עומק חוט 1.00 אינץ'	Thorlabs, Inc.	SM1L10
תושבת מראה קינמטית בזווית ישרה	Thorlabs, Inc.	KCB1
1 אינץ' UV משופר אלומיניום מראה	Thorlabs, Inc.	PF10-03-F01
תושבת תרגום ציר Z	Thorlabs, Inc.	SM1Z
10X אולימפוס תוכנית Achromatic Objective	Thorlabs, Inc.	RMS10X
XY תרגום תושבת עדשה	Thorlabs, Inc.	CXY1
SMA עם חוט SM1	Thorlabs, Inc.	SM1SMA
SM1, עומק חוט 0.50 אינץ'	Thorlabs, Inc.	SM1L05
440/40 מסנן פס פס (עירור)	Chroma Corporation	ET440/40x
525/36 מסנן פס פס (פליטה)	Chroma Corporation	ET525/36m
סט מהיר אפוקסי	לוקטיט	1395391
455 ננומטר ערכת דיור אור LED -	ספק LED	ALK-LH-3W-KIT
1 אינץ' כפול אכרומטי, f = 50 מ"מ	ת'ורלאבס, בע"מ	AC254-050-A
Flea 3 USB מונוכרום מצלמה	פוינט אפור, בע"מ	מחזיק עמוד FL3-U3-32S2M-CS
0.5 אינץ', L = 1.5 אינץ'	Thorlabs, Inc.	PH1.5
0.5 אינץ' פוסט אופטי, L = 4.0 אינץ'	Thorlabs, Inc.	TR4
, 1 אינץ' x 2.3 אינץ' x 3/8 אינץ'	Thorlabs, Inc.	BA1S
מקור אור טונגסטן-הלוגן לכל החיים (Vis-NIR)	Ocean Optics	HL-2000-LL
20X Olympus Plan Objective	Edmund Optics, Inc.	PLN20X
זרוע מנוע אלומיניום בהתאמה אישית	N/A	N/A
מתאם זרוע מנוע אלומיניום בהתאמה אישית	N/A	N/A	מעוצב ונבנה בהתאמה אישית
בית מנוע אלומיניום שנבנה בהתאמה אישית	N/A	N/A	שתוכנן ונבנה בהתאמה אישית
- 400 צעדים/מהפכה	SparkFun Electronics	ROB-10846	מרובה ספקים
מתג סיבים אופטיים מאלומיניום שנבנה בהתאמה אישית	N/A	/A	מתוכנן ונבנה בהתאמה
אישית מתג סיבים אופטיים מאלומיניום בהתאמה אישית לוחית פנים	N/A	N / A	מתוכנן ונבנה בהתאמה אישית
Arduino Uno - R3	SparkFun Electronics	DEV-11021	מספר ספקים
לוח לחם אלקטרוני - דבק עצמי	SparkFun Electronics	PRT-12002	ספקים מרובים
EasyDriver - נהג מנוע צעד	Sparkfun אלקטרוניקה	ROB-12779
12 וולט, 229 mA ספק כוח	Phihong	PSM03A	מספר ספקים
רגישות משופרת ספקטרומטר USB (Vis-NIR)	אופטיקה באוקיינוס	USB2000+VIS-NIR-ES
550 ומיקרו; m, 0.22 NA, SMA-SMA כבל תיקון סיבים	Thorlabs, Inc.	M37L01
בדיקה סיבים אופטיים בהתאמה אישית	הדמיית סיבים	רבים N/A
20% ספקטרלון השתקפות מפוזרת סטנדרטית	Labsphere, Inc.	SRS-20-010
היילייטר צהוב סטנדרטי	Sharpie	25005	ניתן להחליף מספר ספקים, פרופלווין או פלואורסצאין