伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的研究人員希望，通過在無所不在的標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)顯微鏡上增加紅外線功能蹦漠，將癌癥診斷帶入數(shù)字時(shí)代戚嗅。

研究人員將紅外測量數(shù)據(jù)與高分辨率光學(xué)圖像和機(jī)器學(xué)習(xí)算法相結(jié)合，創(chuàng)建了與傳統(tǒng)病理學(xué)技術(shù)緊密相關(guān)的數(shù)字活組織切片衍菱，其表現(xiàn)也優(yōu)于最先進(jìn)的紅外顯微鏡赶么。

由伊利諾斯州癌癥中心主任脊串、生物工程教授Rohit Bhargava領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在《美國國家科學(xué)院院刊》上發(fā)表了他們的研究結(jié)果辫呻。

優(yōu)點(diǎn)是不需要染色，而且可以測量細(xì)胞的組織和化學(xué)成分琼锋。測量腫瘤細(xì)胞及其微環(huán)境的化學(xué)成分可以幫助更好地診斷癌癥和更好地了解疾病放闺。”Rohit Bhargava缕坎，生物工程教授怖侦，伊利諾斯州癌癥中心主任

組織病理學(xué)的黃金標(biāo)準(zhǔn)是添加染料或染色劑，這樣病理學(xué)家就可以在顯微鏡下看到細(xì)胞的形狀和模式谜叹。然而匾寝，很難將癌癥與健康組織區(qū)分開黍鸡，也很難確定腫瘤的邊界，而且在許多情況下秀坤，診斷是主觀的。

“一個(gè)多世紀(jì)以來荒懒，我們一直依靠在人體組織活檢中添加染料來診斷腫瘤阔萧。然而，由染料引起的形狀和顏色提供了非常有限的關(guān)于潛在的分子變化導(dǎo)致癌癥的信息男梆，”Bhargava說。

像紅外線顯微鏡這樣的技術(shù)可以測量組織的分子組成贸卦，提供定量的測量來區(qū)分細(xì)胞類型挪确。不幸的是暖夭，紅外線顯微鏡價(jià)格昂貴，而且樣品需要特殊的準(zhǔn)備和處理迈着，這使得它們在絕大多數(shù)的臨床和研究環(huán)境中不切實(shí)際。

Bhargava的團(tuán)隊(duì)通過在光學(xué)相機(jī)上添加紅外線激光和特殊的顯微鏡鏡頭(稱為干涉物鏡)咬清，開發(fā)出了這種混合顯微鏡。這種紅外-光學(xué)混合技術(shù)利用光學(xué)顯微鏡測量紅外數(shù)據(jù)和高分辨率光學(xué)圖像旧烧，這種光學(xué)顯微鏡在診所和實(shí)驗(yàn)室中隨處可見画髓。

“我們用現(xiàn)成的組件制造了混合顯微鏡掘剪。這很重要奈虾，因?yàn)樗梢宰屍渌溯p松地制造自己的顯微鏡或升級現(xiàn)有的顯微鏡。

研究人員說零破，將這兩種技術(shù)結(jié)合起來可以利用兩者的優(yōu)勢衫半。它具有光學(xué)顯微鏡的高分辨率、大視場和可及性蜀短。此外，紅外數(shù)據(jù)可以計(jì)算分析趋奸，不添加任何染料或污漬，可以損害組織群鞭。軟件可以重新創(chuàng)建不同的污漬咖迄，甚至重疊它們，從而創(chuàng)建出更完整的溉浙、關(guān)于組織中成分的全數(shù)字圖像蒋荚。

研究人員通過對乳腺組織樣本(健康的和癌變的)進(jìn)行成像馆蠕，并將混合顯微鏡計(jì)算出的“染料”與傳統(tǒng)染色技術(shù)的結(jié)果進(jìn)行比較，從而驗(yàn)證了他們的顯微鏡播赁。數(shù)字化活檢與傳統(tǒng)活檢密切相關(guān)。

此外行拢，研究人員發(fā)現(xiàn)，他們的紅外光學(xué)混合顯微鏡在幾個(gè)方面都優(yōu)于最先進(jìn)的紅外顯微鏡:它具有10倍的覆蓋范圍舟奠，更高的一致性和4倍的分辨率，允許在更短的時(shí)間內(nèi)沼瘫，以前所未有的細(xì)節(jié)對更大的樣品進(jìn)行紅外成像疑惨。

“紅外光學(xué)混合顯微術(shù)在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中與傳統(tǒng)顯微術(shù)廣泛兼容，”Schnell說估掐。“我們將光學(xué)顯微鏡的易用性和普遍可用性與廣泛的紅外分子對比度和機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合质驻。通過這樣做，我們希望改變我們?nèi)粘Ｌ幚碇恕⒊上窈屠斫馕⒂^組織結(jié)構(gòu)的方式琐店。”

研究人員計(jì)劃繼續(xù)完善用于分析混合圖像的計(jì)算工具俊势。他們正在努力優(yōu)化能夠測量多種紅外波長的機(jī)器學(xué)習(xí)程序，創(chuàng)建容易區(qū)分多種細(xì)胞類型的圖像喜鼓，并將這些數(shù)據(jù)與詳細(xì)的光學(xué)圖像結(jié)合起來，以精確地映射樣本中的癌癥址晕。他們還計(jì)劃探索混合顯微鏡成像的進(jìn)一步應(yīng)用膀懈，如法醫(yī)谨垃、高分子科學(xué)和其他生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。

赴美醫(yī)療服務(wù)機(jī)構(gòu)和生元國際獲悉胳赌，這些額外的細(xì)節(jié)在病理診斷方面所能提供的信息非常有趣。這將有助于加快等待結(jié)果的速度疑苫，降低試劑和人為組織染色的成本纷责，并為癌癥病理學(xué)提供‘全數(shù)字化’解決方案。

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