Schematisk avbildning av patologisk vävnads 3D-struktur genom att kombinera optisk diffraktionstomografi och automatiserad sömnad. Kredit:Hugonnet et al., doi 10.1117/1.AP.3.2.026004
Histologi är studiet av biologiska vävnader på mikroskopisk nivå. Kallas även mikroskopisk anatomi, histologi används i stor utsträckning för att ge diagnos av cancer och andra sjukdomar. Till exempel, vävnadsprover som erhållits under operationen kan hjälpa till att avgöra om ytterligare kirurgiska åtgärder behövs, och ytterligare operation kan undvikas om en diagnos snabbt kan erhållas under en operation.
Traditionella metoder inom histopatologi är i allmänhet begränsade till tunna prover och kräver kemisk bearbetning av vävnaden för att ge tillräckligt hög kontrast för avbildning, vilket saktar ner processen. En nyligen genomförd framgång inom histopatologi eliminerar behovet av kemisk färgning och möjliggör högupplöst avbildning av tjocka vävnadssnitt. Som rapporterats i Avancerad fotonik , ett internationellt forskarlag demonstrerade nyligen en 3D-etikettfri kvantitativ fasavbildningsteknik som använder optisk diffraktionstomografi för att erhålla volymetrisk bildinformation. Automatisk sömnad förenklar bildinsamling och analys.
Optisk diffraktionstomografi
Optisk diffraktionstomografi är en mikroskopiteknik för att rekonstruera brytningsindexet för ett vävnadsprov från dess spridda fältbilder erhållna med olika belysningsvinklar. Det möjliggör etikettfri högkontrastvisualisering av transparenta prover. Det komplexa spridda fältet som överförs genom provet hämtas först med hjälp av off-axis holografi, sedan kartläggs de spridda fälten som erhålls med olika belysningsvinklar i Fourierrymden, vilket möjliggör rekonstruktion av provets brytningsindex.
Volumetrisk histopatologi av omärkt 100 μm tjockt pankreasvävnadsprov från en patient med intraduktal papillär neoplasma i gallgången i levern. I jämförelsesyfte, intilliggande vävnader preparerades i tunna vävnadsobjektglas med konventionell H&E-färgningsmetod. (den femte raden, 400x förstoring). Kredit:Hugonnet et al., doi 10.1117/1.AP.3.2.026004.
En erkänd begränsning av optisk diffraktionstomografi beror på den komplexa fördelningen av brytningsindex, vilket resulterar i betydande optisk aberration vid avbildning av tjock vävnad. För att övervinna denna begränsning, teamet använde digital omfokusering och automatisk sömnad, möjliggör volymetrisk avbildning av 100 um-tjocka vävnader över ett lateralt synfält på 2 mm x 1,75 mm samtidigt som en hög upplösning på 170 nm x 170 nm x 1400 nm bibehålls. De visade att samtidig visualisering av subcellulära och mesoskopiska strukturer i olika vävnader möjliggörs av hög upplösning i kombination med ett brett synfält.
Snabb, exakt histopatologi
Forskarna visade kapaciteten hos deras nya metod genom att avbilda en mängd olika cancerpatologier:pankreas neuroendokrina tumörer, intraepitelial neoplasi, och intraduktal papillär neoplasma i gallgången. De avbildade millimeterskala, obefläckade, 100 μm tjocka vävnader med en subcellulär 3D-upplösning, som möjliggjorde visualisering av individuella celler och multicellulära vävnadsarkitekturer, jämförbar med bilder erhållna med traditionella kemiskt bearbetade vävnader. Enligt YongKuen Park, forskare vid Korea Advanced Institute of Science and Technology och senior författare på studien, "Bilderna som erhölls med den föreslagna metoden möjliggjorde tydlig visualisering av olika morfologiska egenskaper i de olika vävnaderna, vilket möjliggjorde igenkänning och diagnos av prekursorskador och patologier."
Park konstaterar att ytterligare forskning behövs, men resultaten tyder på stor potential för snabb, exakt histopatologi under operation:"Mer forskning behövs om provberedning, återuppbyggnadshastighet, och minskning av multipel spridning. Vi förväntar oss att optisk diffraktionstomografi ger snabbare och mer exakt diagnostik vid histopatologi och intraoperativa patologikonsultationer."
