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실제용 원위 MEMS 스캐너를 갖춘 공초점 레이저 내시경

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실제용 원위 MEMS 스캐너를 갖춘 공초점 레이저 내시경

과학 보고서 12권,

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 20155(2022) 이 기사 인용

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1 알트메트릭

측정항목 세부정보

공초점 레이저 내시경검사는 실시간 광학 생검을 수행하는 새로운 방법론입니다. 조직학과 유사한 품질의 형광 이미지를 중공 기관의 상피에서 즉시 수집할 수 있습니다. 현재 스캐닝은 병원에서 일상적으로 사용되는 프로브 기반 기구의 근위부 끝에서 수행되며 초점을 제어하는 ​​유연성이 제한됩니다. 우리는 고속 측면 편향을 수행하기 위해 내시경의 말단부에 패키징된 파라메트릭 공명 스캐너의 사용을 보여줍니다. 광학 경로를 접기 위해 반사경 중앙에 조리개가 에칭되었습니다. 이 디자인은 기구의 크기를 직경 2.4mm, 길이 10mm로 줄여 표준 의료용 내시경의 작업 채널을 통해 전방으로 통과시킬 수 있도록 했습니다. 소형 렌즈 어셈블리는 각각 1.1 및 13.6μm의 측면 및 축 해상도를 제공합니다. 최대 20Hz의 프레임 속도에서 0μm의 작동 거리와 250μm × 250μm의 시야가 달성되었습니다. 488nm의 여기가 FDA 승인 염료인 플루오레세인을 자극하여 높은 조직 대비를 생성했습니다. 내시경은 임상적으로 승인된 멸균 방법을 사용하여 18주기 동안 실패 없이 재처리되었습니다. 일상적인 대장내시경 검사 동안 정상 대장 점막, 관상 선종, 증식성 폴립, 궤양성 대장염 및 크론 대장염에서 형광 이미지를 수집했습니다. 결장세포, 술잔 세포, 염증 세포를 포함한 개별 세포를 식별할 수 있습니다. 선와 구조, 선와 내강, 고유판과 같은 점막 특징을 구별할 수 있습니다. 이 기구는 일상적인 의료 내시경 검사 중에 부속품으로 사용될 가능성이 있습니다.

공초점 레이저 내시경검사는 일상적인 의료 내시경1,2,3의 액세서리로 임상용으로 개발되고 있는 새로운 영상 기법입니다. 이러한 유연한 섬유 결합 기구는 결장과 같이 속이 빈 기관을 둘러싸고 있는 상피의 질병을 식별하는 데 사용할 수 있습니다. 이 얇은 조직층은 대사 활동이 매우 활발하며 암, 감염 및 염증과 같은 많은 질병 과정의 근원입니다. 내시경 검사는 세포 내 해상도를 달성하여 "조직학과 유사한" 품질의 생체 내 이미지를 실시간으로 제공하여 의사가 임상 결정을 내릴 수 있도록 안내합니다. 조직의 물리적 생검은 출혈과 천공의 위험을 초래합니다. 종종 너무 많거나 너무 적은 생검이 수집됩니다. 절제된 각 표본은 절차 비용을 증가시킵니다. 병리학자의 평가를 위해 검체를 처리하는 데 며칠이 걸립니다. 환자들은 병리학 결과가 나올 때까지 며칠을 기다리는 동안 불안을 느끼는 경우가 많습니다. 이에 비해 MRI, CT, PET, SPECT 및 초음파와 같은 다른 임상 이미징 방법은 생체 내에서 실시간으로 세포 이하 해상도로 상피 과정을 시각화하는 데 필요한 공간 해상도와 시간 속도가 부족합니다.

프로브 기반 기기(Cellvizio)는 현재 "광학 생검"을 수행하기 위해 클리닉에서 일상적으로 사용됩니다. 이 디자인은 형광 이미지를 수집하고 전송하는 공간적으로 일관된 섬유 다발을 기반으로 합니다4. 개별 섬유의 코어는 초점이 맞지 않는 빛을 공간적으로 필터링하여 세포 내 해상도를 달성하는 "핀홀" 역할을 합니다. 스캔은 크고 부피가 큰 갈보를 사용하여 근위부 끝에서 수행됩니다. 이 위치는 기기의 초점 제어 기능을 제한합니다. 초기 상피암의 적절한 병기 결정을 위해서는 적절한 치료법을 결정하기 위해 침윤을 평가하기 위해 조직 표면 아래의 시각화가 필요합니다. FDA 승인 조영제인 플루오레세인(Fluorescein)을 정맥 주사하여 상피의 구조적 특징을 강조합니다. 이 내시경은 직경이 2.4mm 미만이며 표준 의료용 내시경의 생검 채널을 통해 쉽게 앞으로 통과할 수 있습니다. 이러한 유연성은 광범위한 임상적 사용을 가능하게 하며 내시경 제조업체와 무관합니다. 조기 암 발견을 위해 식도, 위, 대장, 구강을 포함하여 이 영상 장비를 사용하여 수많은 임상 연구가 수행되었습니다. 이미징 프로토콜이 확립되었으며 이 절차의 안전성이 확인되었습니다.

1 mm19. However, this low contrast methodology is based on collection of back scattered light, and image resolution is limited by speckle artifact. Photoacoustic endomicroscopy generates in vivo images based on a rapid thermoelastic expansion in tissue following absorption of a laser pulse, and generates an acoustic wave20. This approach has demonstrated imaging depths >1 cm in human colon in vivo to monitor therapy. Contrast is generated primarily from hemoglobin in the vasculature. Multi-photon endomicroscopy generates high contrast fluorescence images when two or more NIR photons arrive at a tissue biomolecule simultaneously21. This approach can achieve imaging depths >1 mm with low phototoxicity. High intensity femtosecond laser pulses are required, and this modality has not been demonstrated clinically during endoscopy./p>400 µm by tuning the drive frequency in a regime that features mixed softening/stiffening dynamics27. In the future, vertical cross-sectional imaging may be useful for staging early cancer (T1a). A capacitive sensing circuit can be implemented to track the scanner motion and correct phase shifts28. Automated phase calibration using a sensing circuit may replace manual calibration prior to instrument use. The reliability of the instrument can be improved with use of more robust methods to seal the instrument to increase the number of reprocessing cycles. MEMS technology promises to accelerate the use of endomicroscopes to visualize the epithelium of hollow organs to diagnose disease and monitor therapy in a minimally invasive manner. With further development, this emerging imaging methodology may become a low-cost solution for use as an accessory to medical endoscopy to provide instantaneous histology and may eventually replace conventional pathological analysis./p>