Name: Multimodalna platforma obrazowania i spektroskopii mikroendoskopii z wiązkami włókien do nieinwazyjnej analizy tkanek in vivo (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-10-17T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 35 s
Description: Poznaj multimodalną mikroendoskopię z wiązkami włókien do nieinwazyjnej analizy tkanek in vivo, łączącą obrazowanie fluorescencyjne z wysoką rozdzielczością i spektroskopię odbicia rozproszonego. Ta metoda umożliwia jednoczesne pozyskiwanie danych strukturalnych i funkcjonalnych z tego samego miejsca.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ten materiał jest oparty na pracach wspieranych przez National Institutes of Health (1R03-CA182052, 1R15-CA202662), National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program (G.G., DGE-1450079), Arkansas Biosciences Institute oraz University of Arkansas Doctoral Academy Fellowship. Wszelkie opinie, ustalenia, wnioski lub zalecenia wyrażone w tym materiale są opiniami autorów i niekoniecznie odzwierciedlają poglądy uznanych agencji finansujących.

<ol><li>Muldoon, T. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Subcellular-resolution+molecular+imaging+within+living+tissue+by+fiber+microendoscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Opt+Express%22%5BJournal%5D)">Subcellular-resolution molecular imaging within living tissue by fiber microendoscopy.</a> Opt Express. 15, 16413-16423 (2007).</li>
<li>Rajaram, N., Reichenberg, J. S., Migden, M. R., Nguyen, T. H., Tunnell, J. W. Pilot clinical study for quantitative spectral diagnosis of non-melanoma skin cancer. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRajaram%2C+N+%22Lasers+Surg+Med%22">Lasers Surg Med</a>. 42, 716-727 (2010).</li>
<li>Louie, J. S., Richards-Kortum, R., Anandasabapathy, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Applications+and+advancements+in+the+use+of+high-resolution+microendoscopy+for+detection+of+gastrointestinal+neoplasia%5BTitle%5D)+AND+%22Clin+Gastroenterol+Hepatol%22%5BJournal%5D)">Applications and advancements in the use of high-resolution microendoscopy for detection of gastrointestinal neoplasia.</a> Clin Gastroenterol Hepatol. 12, 1789-1792 (2014).</li>
<li>Chang, S. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+resolution+microendoscopy+for+classification+of+colorectal+polyps%5BTitle%5D)+AND+%22Endoscopy%22%5BJournal%5D)">High resolution microendoscopy for classification of colorectal polyps.</a> Endoscopy. 45, 553-559 (2013).</li>
<li>Muldoon, T. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Noninvasive+imaging+of+oral+neoplasia+with+a+high-resolution+fiber-optic+microendoscope%5BTitle%5D)+AND+%22Head+Neck%22%5BJournal%5D)">Noninvasive imaging of oral neoplasia with a high-resolution fiber-optic microendoscope.</a> Head Neck. 34, 305-312 (2011).</li>
<li>Muldoon, T. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+quantitative+image+analysis+criteria+for+the+high-resolution+microendoscopic+detection+of+neoplasia+in+Barrett%27s+esophagus%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Evaluation of quantitative image analysis criteria for the high-resolution microendoscopic detection of neoplasia in Barrett's esophagus.</a> J Biomed Opt. 15, 026027(2010).</li>
<li>Prieto, S. P., Powless, A. J., Boice, J. W., Sharma, S. G., Muldoon, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Proflavine+Hemisulfate+as+a+Fluorescent+Contrast+Agent+for+Point-of-Care+Cytology%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Proflavine Hemisulfate as a Fluorescent Contrast Agent for Point-of-Care Cytology.</a> PLoS One. 10, e0125598(2015).</li>
<li>Parikh, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+diagnostic+accuracy+of+high+resolution+microendoscopy+in+differentiating+neoplastic+from+non-neoplastic+colorectal+polyps%3A+a+prospective+study%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Gastroenterol%22%5BJournal%5D)">In vivo diagnostic accuracy of high resolution microendoscopy in differentiating neoplastic from non-neoplastic colorectal polyps: a prospective study.</a> Am J Gastroenterol. 109, 68-75 (2014).</li>
<li>Shin, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+analysis+of+high-resolution+microendoscopic+images+for+diagnosis+of+esophageal+squamous+cell+carcinoma%5BTitle%5D)+AND+%22Clin+Gastroenterol+Hepatol%22%5BJournal%5D)">Quantitative analysis of high-resolution microendoscopic images for diagnosis of esophageal squamous cell carcinoma.</a> Clin Gastroenterol Hepatol. 13, 272-279 (2015).</li>
<li>Prieto, S. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Qualitative+and+quantitative+comparison+of+colonic+microendoscopy+image+features+to+histopathology%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+SPIE+Int+Soc+Opt+Eng%22%5BJournal%5D)">Qualitative and quantitative comparison of colonic microendoscopy image features to histopathology.</a> Proc SPIE Int Soc Opt Eng. 9328, (2015).</li>
<li>Greening, G. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fiber-bundle+microendoscopy+with+sub-diffuse+reflectance+spectroscopy+and+intensity+mapping+for+multimodal+optical+biopsy+of+stratified+epithelium%5BTitle%5D)+AND+%22Biomed+Opt+Express%22%5BJournal%5D)">Fiber-bundle microendoscopy with sub-diffuse reflectance spectroscopy and intensity mapping for multimodal optical biopsy of stratified epithelium.</a> Biomed Opt Express. 6, 4934-4950 (2015).</li>
<li>Rajaram, N., Gopal, A., Zhang, X., Tunnell, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+validation+of+the+effects+of+microvasculature+pigment+packaging+on+in+vivo+diffuse+reflectance+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Lasers+Surg+Med%22%5BJournal%5D)">Experimental validation of the effects of microvasculature pigment packaging on in vivo diffuse reflectance spectroscopy.</a> Lasers Surg Med. 42, 680-688 (2010).</li>
<li>Spliethoff, J. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Monitoring+of+tumor+response+to+cisplatin+using+optical+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Transl+Oncol%22%5BJournal%5D)">Monitoring of tumor response to cisplatin using optical spectroscopy.</a> Transl Oncol. 7, 230-239 (2014).</li>
<li>Chang, V. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+physiology+of+the+precancerous+cervix+in+vivo+through+optical+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Neoplasia%22%5BJournal%5D)">Quantitative physiology of the precancerous cervix in vivo through optical spectroscopy.</a> Neoplasia. 11, 325-332 (2009).</li>
<li>Yu, B., Shah, A., Nagarajan, V. K., Ferris, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffuse+reflectance+spectroscopy+of+epithelial+tissue+with+a+smart+fiber-optic+probe%5BTitle%5D)+AND+%22Biomed+Opt+Express%22%5BJournal%5D)">Diffuse reflectance spectroscopy of epithelial tissue with a smart fiber-optic probe.</a> Biomed Opt Express. 5, 675-689 (2014).</li>
<li>Hennessy, R., Goth, W., Sharma, M., Markey, M. K., Tunnell, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+probe+geometry+and+optical+properties+on+the+sampling+depth+for+diffuse+reflectance+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomedical+Opt%22%5BJournal%5D)">Effect of probe geometry and optical properties on the sampling depth for diffuse reflectance spectroscopy.</a> J Biomedical Opt. 19, 107002(2014).</li>
<li>Ghassemi, P., Travis, T. E., Moffatt, L. T., Shupp, J. W., Ramella-Roman, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+polarized+multispectral+imaging+system+for+quantitative+assessment+of+hypertrophic+scars%5BTitle%5D)+AND+%22Biomed+Opt+Express%22%5BJournal%5D)">A polarized multispectral imaging system for quantitative assessment of hypertrophic scars.</a> Biomed Opt Express. 5, 3337-3354 (2014).</li>
<li>Vasefi, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polarization-sensitive+hyperspectral+imaging+in+vivo%3A+a+multimode+dermoscope+for+skin+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Polarization-sensitive hyperspectral imaging in vivo: a multimode dermoscope for skin analysis.</a> Sci Rep. 4, (2014).</li>
<li>Winkler, A. M., Rice, P. F. S., Drezek, R. A., Barton, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+tool+for+rapid+disease+mapping+using+optical+coherence+tomography+images+of+azoxymethane-treated+mouse+colon%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomedl+Opt%22%5BJournal%5D)">Quantitative tool for rapid disease mapping using optical coherence tomography images of azoxymethane-treated mouse colon.</a> J Biomedl Opt. 15, 041512(2010).</li>
<li>Bish, S. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Handheld+Diffuse+Reflectance+Spectral+Imaging+%28DRSi%29+for+in-vivo+characterization+of+skin%5BTitle%5D)+AND+%22Biomed+Opt+Express%22%5BJournal%5D)">Handheld Diffuse Reflectance Spectral Imaging (DRSi) for in-vivo characterization of skin.</a> Biomed Opt Express. 5, 573-586 (2014).</li>
<li>Prahl, S. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPrahl%2C+SA+%22Optical+Absorption+of+Hemoglobin%22">Optical Absorption of Hemoglobin</a>. , 
 <a target="_blank" href="http://omlc.org/spectra/hemoglobin/">http://omlc.org/spectra/hemoglobin/</a> (1999).</li>
<li>Rajaram, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+validation+of+a+clinical+instrument+for+spectral+diagnosis+of+cutaneous+malignancy%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Opt%22%5BJournal%5D)">Design and validation of a clinical instrument for spectral diagnosis of cutaneous malignancy.</a> Appl Opt. 49, 142-152 (2010).</li>
<li>Hennessy, R., Markey, M. K., Tunnell, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+of+one-layer+assumption+on+diffuse+reflectance+spectroscopy+of+skin%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Impact of one-layer assumption on diffuse reflectance spectroscopy of skin.</a> J Biomed Opt. 20, 27001(2015).</li>
<li>Rajaram, N., Nguyen, T. H., Tunnell, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lookup+table-based+inverse+model+for+determining+optical+properties+of+turbid+media%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Lookup table-based inverse model for determining optical properties of turbid media.</a> J Biomed Opt. 13, 050501(2008).</li>
<li>Nichols, B. S., Rajaram, N., Tunnell, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Performance+of+a+lookup+table-based+approach+for+measuring+tissue+optical+properties+with+diffuse+optical+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Performance of a lookup table-based approach for measuring tissue optical properties with diffuse optical spectroscopy.</a> J Biomed Opt. 17, 057001(2012).</li>
<li>Greening, G. J., James, H. M., Muldoon, T. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGreening%2C+GJ+%22Optical+Phantoms%3A+Diffuse+and+Sub-diffuse+Imaging+and+Spectroscopy+Validation%22">Optical Phantoms: Diffuse and Sub-diffuse Imaging and Spectroscopy Validation</a>. , SPIE Spotlights. 1-37 (2015).</li>
<li>Karsten, A. E., Smit, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+and+verification+of+melanin+concentration+on+human+skin+type%5BTitle%5D)+AND+%22Photochem+Photobiol%22%5BJournal%5D)">Modeling and verification of melanin concentration on human skin type.</a> Photochem Photobiol. 88, 469-474 (2012).</li>
<li>Glennie, D. L., Hayward, J. E., Farrell, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+changes+in+the+hemoglobin+concentration+of+skin+with+total+diffuse+reflectance+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Modeling changes in the hemoglobin concentration of skin with total diffuse reflectance spectroscopy.</a> J Biomed Opt. 20, 035002(2015).</li>
<li>Lim, L., Nichols, B., Rajaram, N., Tunnell, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Probe+pressure+effects+on+human+skin+diffuse+reflectance+and+fluorescence+spectroscopy+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Probe pressure effects on human skin diffuse reflectance and fluorescence spectroscopy measurements.</a> J Biomed Opt. 16, 011012(2011).</li>
</ol>

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Opisywany tutaj multimodalny mikroendoskop światłowodowy do obrazowania o wysokiej rozdzielczości i subdyfuzyjnej spektroskopii odbicia może być zoptymalizowany i wykorzystany przez badaczy do różnych zastosowań, w tym do użytku endoskopowego lub ręcznego w badaniach na ludziach lub zwierzętach. W ten sposób zapewnia elastyczną metodę wizualizacji mikroarchitektury tkanek wierzchołkowych in vivo wraz z pomiarami stężenia hemoglobiny, stężenia melaniny i nasycenia tkanek tlenem z dwóch różnych głębokości tkanki. ...

Techniki mikroendoskopii wiązkowej zazwyczaj analizują tkankę in vivo z wykorzystaniem technik obrazowania lub kombinacji technik spektroskopowych.1-3 Jedną z takich technik obrazowania jest mikroendoskopia fluorescencyjna o wysokiej rozdzielczości, która pozwala na obrazowanie mikroarchitektury tkanki wierzchołkowej z rozdzielczością podkomórkową w małym, mikroskalowym polu widzenia, przy użyciu miejscowego środka kontrastowego, takiego jak proflawina, fluoresceina lub tusz pyraninowy.1,3-11 Ta metoda obrazowania wykazała obiecującą skuteczność kliniczną w jakościowym różnicowaniu w czasie rzeczywistym tkanki nabłonkowej chorobowej i zdrowej przy niskiej zmienności między obserwatorami.8 Okazjonalnie badacze wykorzystują dane z mikroskopii fluorescencyjnej o wysokiej rozdzielczości do wyodrębniania cech ilościowych, takich jak rozmiar komórek i jąder lub powierzchnia gruczołu, jednak pozostaje ona przede wszystkim techniką jakościową nakierowaną na wizualizację morfologii tkanki.1,3,8-10 Z drugiej strony, techniki spektroskopowe, takie jak spektroskopia odbicia rozproszonego, są ukierunkowane na dostarczanie funkcjonalnych informacji o tkance i wykazały obiecującą skuteczność kliniczną w ilościowej identyfikacji zmian nowotworowych w wielu narządach.2,12-15
W związku z tym istnieje potrzeba opracowania urządzenia łączącego oba typy modalności, aby potencjalnie jeszcze bardziej zmniejszyć zmienność międzyobserwatorową, zachować wizualizację mikroarchitektury tkanki w czasie rzeczywistym i zapewnić pełniejszą analizę stanu zdrowia tkanki. Aby osiągnąć ten cel, zbudowano multimodalny instrument oparty na sondzie, który łączy dwie modalności w jednej sondzie światłowodowej: mikroendoskopię fluorescencyjną o wysokiej rozdzielczości oraz spektroskopię odbiciową poddyfuzyjną.11 Metoda ta współrejestruje jakościowe obrazy morfologii tkanki apikalnej o wysokiej rozdzielczości (właściwości strukturalne) z ilościowymi informacjami spektralnymi (właściwości funkcjonalne) z dwóch różnych głębokości tkanki, obejmując lokalne stężenie hemoglobiny ([Hb]), stężenie melaniny ([Mel]) oraz saturację tlenem (SaO2).11,12,16 Ta konkretna modalność spektroskopii odbiciowej poddyfuzyjnej wykorzystuje dwa odstępy źródło-detektor (SDS) do próbkowania dwóch unikalnych głębokości tkanki, co pozwala na uzyskanie bardziej kompleksowego obrazu stanu zdrowia tkanki poprzez próbkowanie aż do błony podstawnej i leżącego pod nią zrębu tkanki.11
Sonda światłowodowa składa się z centralnego włókna obrazującego o średnicy 1 mm, zawierającego około 50 000 elementów włóknistych o średnicy 4,5 µm, z płaszczem o średnicy 1,1 mm i całkowitą średnicą powłoki wynoszącą 1,2 mm. Włókno obrazujące jest otoczone pięcioma włóknami o średnicy 200 µm i średnicach płaszcza 220 µm. Każde wielomodowe włókno 200 µm znajduje się w odległości 864 µm (mierzonej od środka do środka) od centrum włókna obrazującego. Poszczególne wielomodowe włókna 200 µm są rozmieszczone co 25°. Przyjmując najbardziej lewe wielomodowe włókno 200 µm jako włókno „źródłowe”, a pozostałe trzy wielomodowe włókna 200 µm jako włókna „zbierające”, taka geometria tworzy trzy odległości SDS (mierzone od środka do środka) wynoszące odpowiednio 374 µm, 730 µm, 1 051 µm i 1 323 µm. Końcówki włókien są zamknięte w cylindrycznej metalowej obudowie, która utrzymuje stałe odległości między włóknami. Średnica cylindrycznej metalowej obudowy wynosi 3 mm. Odcinek dystalny (w stronę końcówki sondy światłowodowej) sondy światłowodowej ma długość 2 stóp. Następnie sonda rozdziela się na sześć poszczególnych włókien na końcu proksymalnym (w stronę aparatury), który ma dodatkowe 2 stopy długości, co daje całkowitą długość 4 stóp. Rysunek 1 przedstawia schemat sondy światłowodowej.
<img alt="Projekt sondy światłowodowej, schematy CAD i etapy montażu do pomiarów spektroskopowych." src="/files/ftp_upload/54564/54564fig1.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rycina 1"> 
Rycina 1: Projekt sondy światłowodowej. Sonda światłowodowa składa się z jednego włókna obrazującego o średnicy 1 mm i czterech włókien wielomodowych o średnicy 200 µm. Na rycinie przedstawiono (a) metalową nasadkę końcową, która stabilizuje geometrię włókien na końcówce sondy, aby uzyskać SDS wynoszące 374, 730 i 1 051 µm względem najbardziej lewego włókna wielomodowego 200 µm (pasek skali ≈ 1 mm), (b) włókna unieruchomione w metalowej nasadce, z zaznaczonymi rdzeniami, płaszczami i powłokami włókien (pasek skali ≈ 1 mm), (c) ochronną osłonę poliamidową wokół włókien (pasek skali ≈ 1 mm), (d) gotową końcówkę dystalną sondy z metalowym uchwytem i pojedynczym czarnym kablem zawierającym wszystkie włókna (pasek skali ≈ 4 mm) oraz (e) zdjęcie końcówki dystalnej sondy (pasek skali ≈ 4 mm). <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/54564/54564fig1large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
To multimodalne oprzyrządowanie i powiązana z nim technika stanowią pierwsze połączenie tych modalności w obrębie jednej sondy, choć istnieją inne łączone techniki strukturalno-funkcjonalne wykorzystujące różne modalności. Na przykład obrazowanie hiperspektralne łączy obrazowanie szerokopolowe z ilościową analizą właściwości hemoglobiny i melaniny,17,18 a inne opracowane techniki łączą optyczną tomografię koherencyjną (OCT) z analizą ekspresji białek tkankowych,19 wymieniając jedynie niektóre z nich. Niniejszy artykuł opisuje kompaktowy i łatwy w implementacji zestaw aparatury wykorzystujący ogólną sondę światłowodową, którą można zoptymalizować do różnych celów, w tym do zastosowań endoskopowych w dolnym odcinku przewodu pokarmowego i przełyku lub jako sondę ręczną do użytku w jamie ustnej i na powierzchni skóry.11,20
Sprzęt dla tej aparatury wymaga zarówno specjalistycznego kodu do akwizycji danych, jak i kodu do postprocessingu, aby pozyskać widma odbicia rozproszonego, a następnie wyodrębnić wynikowe parametry fizjologiczne tkanki uśrednione objętościowo, w tym [Hb], [Mel] oraz SaO2. Specjalistyczny kod akwizycji danych został opracowany w celu umożliwienia jednoczesnego pobierania danych z kamery (do fluorescencyjnej mikroskopii o wysokiej rozdzielczości) oraz ze spektrometru (do spektroskopii odbicia rozproszonego). Sterowniki są często dostępne na stronach internetowych producentów, co umożliwia integrację z różnymi językami programowania. Specjalistyczny kod postprocessingu importuje wartości absorpcji a priori dla in vivo [Hb] i [Mel]21, a następnie wykorzystuje wcześniej opracowany proces nieliniowej optymalizacji dopasowania, który tworzy krzywą dopasowaną do widm.22 Krzywa dopasowana jest budowana poprzez minimalizację wartości χ2 między nią a surowymi widmami oraz wyznaczanie parametrów fizjologicznych tkanki ([Hb], [Mel] oraz SaO2) z krzywej dopasowanej o najniższej wartości χ2 .22 Kod można zmodyfikować tak, aby uwzględniał również absorpcję innych chromoforów, takich jak zastosowany tutaj egzogenny tusz pyraninowy, tak aby docelowe parametry fizjologiczne nie zostały zaburzone.
Wskaźniki fizjologiczne stanu tkanek, takie jak [Hb], [Mel] i SaO2, mogą służyć jako raporty z odpowiedzi guza na terapię lub jako wskaźniki lokalnej waskularyzacji i angiogenezy.14,23 Zastosowanie modalności wysokorozdzielczej mikroendoskopii fluorescencyjnej pomaga w prowadzeniu sondy i dostarcza badaczom pełniejszego obrazu zależności między strukturą a funkcją tkanki nabłonkowej. W niniejszym artykule opisano konstrukcję i zastosowanie multimodalnego mikroendoskopu.11

<table><tbody><tr><td>Kostka klatkowa 30 mm z mocowaniem filtra dichroicznego</td><td>Thorlabs, Inc.</td><td>CM1-DCH</td><td></td></tr><tr><td>470 nm Lustro dichroiczne (rozdzielacz wiązki)</td><td>Chroma Corporation</td><td>T470lpxr</td><td></td></tr><tr><td>Pręt montażowy klatki, 1,5 cala, 4-pak</td><td>Thorlabs, Inc.</td><td>ER1.5-P4</td><td></td></tr><tr><td>Pręt montażowy koszyka, 3,0", 4-pak</td><td>Thorlabs, Inc.</td><td>ER3-P4</td><td></td></tr><tr><td>Pręt montażowy koszyka, 2.0", 4-pak</td><td>Thorlabs, Inc.</td><td>ER2-P4 SM1-Gwintowana</td><td></td></tr><tr><td>płyta klatkowa 30 mm</td><td>Thorlabs, Inc.</td><td>CP02</td><td></td></tr><tr><td>Bezstresowy pierścień ustalający serii SM1</td><td>Thorlabs, Inc.</td><td>SM1PRR</td><td></td></tr><tr><td>SM1 Tubus obiektywu, głębokość gwintu 1,00"</td><td>Thorlabs, Inc.</td><td>SM1L10</td><td></td></tr><tr><td>Kątowe mocowanie lustra kinematycznego</td><td>Thorlabs, Inc.</td><td>KCB1</td><td></td></tr><tr><td>1-calowe aluminiowe lustro wzmocnione promieniami UV</td><td>Thorlabs, Inc.</td><td>PF10-03-F01</td><td></td></tr><tr><td>Uchwyt translacyjny osi Z</td><td>Thorlabs, Inc.</td><td>SM1Z</td><td></td></tr><tr><td>10X Plan-achromatyczny obiektyw Olympus</td><td>Thorlabs, Inc.</td><td>RMS10X</td><td></td></tr><tr><td>XY Mocowanie obiektywu translacyjnego</td><td>Thorlabs, Inc.</td><td>CXY1</td><td></td></tr><tr><td>SMA Płyta adaptera światłowodowego z gwintem SM1</td><td>Thorlabs, Inc.</td><td>SM1SMA</td><td></td></tr><tr><td>SM1 Tubus obiektywu, głębokość gwintu 0,50"</td><td>Thorlabs, Inc.</td><td>SM1L05</td><td></td></tr><tr><td>Filtr pasmowo-przepustowy 440/40 (wzbudzenie)Filtr pasmowo-przepustowy</td> <td>Chroma Corporation</td><td>ET440/40x</td><td></td></tr><tr><td>525/36 (emisja)</td><td>Chroma Corporation</td><td>ET525/36m</td><td></td></tr><tr><td>Zestaw szybkiego zestawu obudowy</td> lampy LED <td>Epoxy Loctite</td><td>1395391</td><td></td></tr><tr><td>455 nm - zasilacz</td><td>LED</td><td>3 W ALK-LH-3W-KIT</td><td></td></tr><tr><td>1" Dublet achromatyczny, f = 50 mm</td><td>Thorlabs, Inc.</td><td>AC254-050-A</td><td></td></tr><tr><td>Flea 3 Monochromatyczna kamera USB</td><td>Punkt szary, Inc.</td><td>FL3-U3-32S2M-CS</td><td></td></tr><tr><td>0,5" Uchwyt na słupki, L = 1,5"</td> <td>Thorlabs, Inc.</td><td>PH1.5</td><td></td></tr><tr><td>0,5" Słupek optyczny, L = 4,0"</td> <td>Thorlabs, Inc.</td>Podstawa montażowa <td>TR4</td><td></td></tr><tr><td>, 1" x 2.3" x 3/8"</td> <td>Thorlabs, Inc.</td><td>BA1S</td> Wolframowo-halogenowe <td></td></tr><tr><td>źródło światła o długiej żywotności (Vis-NIR)</td><td>Ocean Optics</td><td>HL-2000-LL</td><td></td></tr><tr><td>20-krotny obiektyw planowy</td><td>Olympus Edmund Optics, Inc.</td><td>PLN20X</td><td></td></tr><tr><td>Wykonane na zamówienie aluminiowe ramię silnika</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Specjalnie zaprojektowane i zbudowane</td></tr><tr><td>Niestandardowe aluminiowe ramię silnika Adapter</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Specjalnie zaprojektowane i zbudowane</td></tr><tr><td>Niestandardowe aluminiowe obudowy silnika</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Specjalnie zaprojektowany i zbudowany</td></tr><tr><td>silnik krokowy - 400 kroków / obrót</td><td>SparkFun Electronics</td><td>ROB-10846</td><td>Wielokrotny dostawcy</td></tr><tr><td>Wykonany na zamówienie aluminiowy przełącznik światłowodowy</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Specjalnie zaprojektowany i zbudowany</td></tr><tr><td>Wykonany na zamówienie aluminiowy przełącznik światłowodowy Płyta czołowa</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Specjalnie zaprojektowane i zbudowane</td></tr><tr><td>Arduino Uno - R3</td><td>SparkFun Electronics</td><td>DEV-11021</td><td>Wielu dostawców</td></tr><tr><td>Elektroniczna płytka stykowa - samoprzylepna</td><td>SparkFun Electronics</td><td>PRT-12002</td><td>Wielu dostawców</td></tr><tr><td>EasyDriver - Sterownik silnika krokowego</td><td>Sparkfun Electronics</td><td>ROB-12779</td><td></td></tr><tr><td>Zasilacz 12 V, 229 mA</td><td>Phihong</td><td>PSM03A</td><td>Wielu dostawców</td></tr><tr><td>Spektrometr USB o zwiększonej czułości (Vis-NIR)</td><td>Ocean Optics</td><td>USB2000+VIS-NIR-ES</td><td></td></tr><tr><td>550 &micro; m, 0,22 NA, światłowodowy SMA-SMA</td><td>Thorlabs, Inc.</td><td>M37L01</td><td></td></tr><tr><td>Niestandardowa sonda światłowodowa</td><td>Myriad Fiber Imaging</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>20% Spectralon Diffuse Reflectance Standard</td><td>Labsphere, Inc.</td><td>SRS-20-010</td><td></td></tr><tr><td>Standardowy żółty rozświetlacz</td><td>Sharpie</td><td>25005</td><td>Wielu dostawców, można zastąpić proflawinę lub fluoresceinę</td></tr></tbody></table>

multimodalna platforma obrazowania i spektroskopii mikroendoskopii z wiązkami włókien do nieinwazyjnej analizy tkanek in vivo

Multimodal Imaging and Spectroscopy Fiber-bundle Microendoscopy Platform for Non-invasive, In Vivo Tissue Analysis

Najnowsze techniki mikroendoskopii z wiązkami włókien umożliwiają nieinwazyjną analizę tkanek in vivo przy użyciu technik obrazowania lub kombinacji technik spektroskopiowych. Połączenie technik obrazowania i spektroskopii w jednej sondzie optycznej może zapewnić pełniejszą analizę stanu tkanek . W tym artykule połączono dwie różne modalności, obrazowanie mikroendoskopowe fluorescencji o wysokiej rozdzielczości i spektroskopię odbicia rozproszonego, w jednej sondzie optycznej. Obrazowanie mikroendoskopowe fluorescencyjne o wysokiej rozdzielczości jest techniką stosowaną do wizualizacji mikroarchitektury tkanki wierzchołkowej i, chociaż jest to głównie technika jakościowa, wykazała skuteczne różnicowanie w czasie rzeczywistym między tkanką nowotworową i nienowotworową. Spektroskopia odbicia dyfuzyjnego to technika, która pozwala na wyodrębnienie parametrów fizjologicznych tkanek, w tym lokalnego stężenia hemoglobiny, stężenia melaniny i nasycenia tlenem. W tym artykule opisano specyfikacje wymagane do skonstruowania sondy światłowodowej, sposób budowy oprzyrządowania, a następnie zademonstrowano technikę na ludzkiej skórze in vivo. Prace te ujawniły, że mikroarchitektura tkanek, w szczególności keratynocyty wierzchołkowe skóry, mogą być współrejestrowane z powiązanymi z nimi parametrami fizjologicznymi. Prezentowane tutaj oprzyrządowanie i sonda światłowodowa mogą być zoptymalizowane jako urządzenie przenośne lub kompatybilne endoskopowo do stosowania w różnych układach narządów. Potrzebne są dodatkowe badania kliniczne, aby przetestować skuteczność tej techniki w różnych stanach choroby nabłonka.

Postępując zgodnie z tym protokołem, badacz uzyska ostry obraz o wysokiej rozdzielczości miejsca pobrania tkanki z pełnym polem widzenia (Rycina 5). Kontury komórek są widoczne po zabarwieniu atramentem z pyraniną ze standardowego żółtego zakreślacza, natomiast poszczególne jądra komórkowe można zaobserwować po zabarwieniu barwnikiem, takim jak proflawina. Po akwizycji spektralnej oprogramowanie do przetwarzania danych wykorzystuje wiedzę a priori na temat stęże...

Opisano montaż i użycie multimodalnego mikroendoskopu, który może rejestrować dane obrazu tkanek powierzchownych z parametrami fizjologicznymi tkanek, w tym stężeniem hemoglobiny, stężeniem melaniny i nasyceniem tlenem. Technika ta może być przydatna do oceny struktury tkanki i perfuzji oraz może być zoptymalizowana pod kątem indywidualnych potrzeb badacza.

Multimodalna platforma obrazowania i spektroskopii mikroendoskopii z wiązkami włókien do nieinwazyjnej analizy tkanek in vivo

Recent fiber-bundle microendoscopy techniques enable non-invasive analysis of in vivo tissue using either imaging techniques or a combination of ...

Ogólnym celem tej procedury jest funkcjonalna charakterystyka tkanek in vivo poprzez połączenie wysokorozdzielczych informacji strukturalnych z ilościowymi danymi widmowymi. Metodę tę można wykorzystać do odpowiedzi na kluczowe pytania w dziedzinie biologii nowotworów, takie jak ilościowe określenie wpływu terapii na mikrostrukturę i perfuzję tkanki. Główną zaletą tej techniki jest możliwość wykorzystania pojedynczej sondy do zbierania zarówno obrazów, jak i danych spektroskopowych z tego samego miejsca.Zastosowania tej techniki obejmują terapię nowotworów przewodu pokarmowego, ponieważ sonda jest kompatybilna z konwencjonalnymi technikami endoskopowymi. Zazwyczaj osoby rozpoczynające pracę z tą metodą mogą napotkać trudności, gdyż niewielkie nieścisłości w rozmieszczeniu sondy mogą znacząco wpłynąć na dokładność danych. Pomysł na tę metodę pojawił się u nas w momencie, gdy zdaliśmy sobie sprawę z wagi połączenia techniki obrazowania o wysokiej rozdzielczości z ilościową metodą spektroskopową.Wizualna demonstracja tej metody jest kluczowa, ponieważ etapy przygotowania są trudne do opanowania ze względu na złożoność zarówno konstrukcji, jak i kalibracji. Aby rozpocząć montaż modułu

multimodal-imaging-spectroscopy-fiber-bundle-microendoscopy-platform

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

W wielu sytuacjach biologicznych i klinicznych korzystne jest badanie procesów komórkowych w ich naturalnym mikrośrodowisku. W niniejszym materiale opisujemy montaż i zastosowanie niedrogiego mikroskopu światłowodowego, który umożliwia obrazowanie w czasie rzeczywistym w hodowlach komórkowych, badaniach na zwierzętach oraz w badaniach klinicznych z udziałem pacjentów.

Wysokorozdzielcza mikroendoskopia światłowodowa do obrazowania komórkowego in situ

Techniki obrazowania małych zwierząt pozwalają na seryjne badania diagnostyczne i interwencje terapeutyczne in vivo. W ostatnim czasie zakres zastosowań znacznie się poszerzył i obecnie obejmuje ocenę rozwoju guza jelita grubego, gojenie się ran oraz monitorowanie stanu zapalnego. Protokół ten ilustruje te różnorodne potencjalne zastosowania endoskopii mysiej skóry.

Endoskopia mysia do multimodalnego obrazowania in vivo kancerogenezy i oceny gojenia się ran jelitowych i stanów zapalnych

Ten protokół przedstawia zbiór sarkomerów, wapnia i makroskopowych danych geometrycznych z aktywnie kurczącego się trabecula serca ex vivo. Te równoczesne pomiary są możliwe dzięki integracji trzech modalności obrazowania.

Jednoczesne obrazowanie w jasnym polu, fluorescencji i optycznej koherentnej tomografii kurczących się beleczków serca ex vivo

Mikroskopia stymulowanego rozpraszania Ramana (SRS) umożliwia bezznacznikowe obrazowanie biomolekuł na podstawie ich wewnętrznej wibracji określonych wiązań chemicznych. W tym protokole opisano instrumentalną konfigurację zintegrowanego mikroskopu SRS i dwufotonowego mikroskopu fluorescencyjnego w celu wizualizacji struktur komórkowych w rdzeniu kręgowym żywych myszy.

In vivo (in vivo) Obrazowanie tkanek biologicznych za pomocą połączonej mikroskopii fluorescencji dwufotonowej i wymuszonego rozpraszania Ramana

Mikroskopia stymulowanego rozpraszania Ramana (SRS) jest potężną, nieniszczącą i bezznacznikową techniką obrazowania. Jednym z pojawiających się zastosowań jest stymulowana histologia Ramana, w której dwukolorowe obrazowanie SRS w przejściach Ramana białek i lipidów jest wykorzystywane do generowania obrazów pseudo-hematoksyliny i eozyny. W tym miejscu demonstrujemy protokół dwukolorowego obrazowania SRS w czasie rzeczywistym w diagnostyce tkanek.

Dwukolorowe, stymulowane rozpraszaniem Ramana w czasie rzeczywistym mózgu myszy w celu diagnozowania tkanek

Ten artykuł przedstawia integrację modułu spektralnego ogniskowania i lasera impulsowego o podwójnym wyjściu, umożliwiającego szybkie obrazowanie hiperspektralne nanocząsteczek złota i komórek rakowych. Praca ta ma na celu zademonstrowanie szczegółów multimodalnych nieliniowych technik optycznych na standardowym laserowym mikroskopie skaningowym.

Obrazowanie biomolekularne wychwytu komórkowego nanocząstek przy użyciu multimodalnej nieliniowej mikroskopii optycznej

To badanie przedstawia metodę korelacyjnego obrazowania leków w tkankach miękkich za pomocą nieliniowej spektroskopii optycznej i obrazowania spektrometrii mas. Połączenie obrazowania skóry w wysokiej rozdzielczości z czułym wykrywaniem leków stanowi cenne podejście do badania dystrybucji leków w skórze, co ma kluczowe znaczenie dla opracowania doskonałych produktów do stosowania miejscowego.

Korelacyjne metodologie obrazowania spektroskopii optycznej i spektrometrii mas w celu wizualizacji dystrybucji leku w skrawku tkanek miękkich

Korzystając z platformy multimodalnej łączącej metody obrazowania optycznego bez znaczników, opracowaliśmy protokół do wizualizacji i ilościowego określania dynamiki komórkowej i metabolizmu. Dzięki obrazowaniu za pomocą fluorescencji wielofotonowej, generowania drugiej harmonicznej i wymuszonej mikroskopii rozpraszania Ramana możemy uzyskać całościowy przegląd środowiska komórkowego i molekularnego.

Multimodalna platforma obrazowania optycznego do badania metabolizmu komórkowego

Spektralne iteracyjne wybielanie rozszerza multipleksencję (IBEX) opiera się na podstawowej technice IBEX, dodając blokowanie heparyny w celu minimalizacji wiązania niespecyficznego oraz wykorzystując detekcję spektralną z obliczeniowym rozmieszaniem w celu tłumienia autofluorescencji. Takie podejście przyspiesza akwizycję obrazu, jednocześnie ograniczając źródła tła, umożliwiając solidne wielorundowe, wysokoparametryczne analizy przestrzenne proteomiczne.

Obrazowanie wysoko-plexowe z użyciem spektralnej mikroskopii konfokalnej w celu minimalizacji niespecyficznej fluorescencji tkanek

Wprowadziliśmy nowatorską technikę obrazowania zwaną Optical Multilayer Interference Tomography (OMLIT), która umożliwia bezstronne obrazowanie wszystkich komórek w próbkach mózgu na mezoskali i może być płynnie zintegrowana z procesem obrazowania taśmowej szeregowej skaningowej mikroskopii elektronowej na tej samej próbce.

Metoda optycznego obrazowania zgodna z mikroskopią skaningową do mezoskopowego mapowania mózgu w całych komórkach

Poznaj multimodalną mikroendoskopię z wiązkami włókien do nieinwazyjnej analizy tkanek in vivo, łączącą obrazowanie fluorescencyjne z wysoką rozdzielczością i spektroskopię odbicia rozproszonego. Ta metoda umożliwia jednoczesne pozyskiwanie danych strukturalnych i funkcjonalnych z tego samego miejsca.

Multimodalna platforma obrazowania i spektroskopii mikroendoskopii z wiązkami włókien do nieinwazyjnej analizy tkanek in vivo

Przeglądaj więcej filmów