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3D显微镜可对肿瘤进行三维分析
[ 编辑:admin | 时间:2020-11-11 17:15:52 | 浏览:75次 | 来源: | 作者: ]

  传统的肿瘤确诊是玻片成像技能,简单耗费病例安排,也不能全方面查看病理安排,且处理周期长。为了改进这种状况,维也纳工业大学和慕尼黑工业大学一起开发了一项新技能:不只能够查看肿瘤周围安排健康程度、切割洁净程度以及判断后续是否需求手术或放疗。
  现在临床中病理查看主要运用玻片成像技能(WSI),该技能能够扫描整个玻璃安装的H&E染色切片。生成的图画能够运用专门设计的软件进行剖析。
  该查看的缺陷是局部切片,不能彻底查看到病理安排的一切状况。因为这种办法的不可逆性,安排已彻底用完,因而不再可用于某些剖析,例如用于PD-L1的免疫安排化学测试。在PD-L1测试中,未染色的切片不该存放超越2-3个月,否则存在假阴性成果的危险。这意味着患者可能被剥夺了潜在的高效抗肿瘤免疫疗法。而且,这项查看费时吃力,因而很难运用于临床。
  近年来,全世界的科学家经过发明新的病理安排成像技能,改进这种状况。科学家发现了一种新颖的安排铲除和光学办法,该办法具有很高的潜力,能够为肿瘤及其微环境供给全面的三维视图。这项办法价格便宜、快速且易操作,因而可广泛运用临床术后病理查看。
  最近,维也纳工业大学(维也纳)和慕尼黑工业大学一起开发了一项新技能,文章宣布在《Scientific reports》上,题为“3D histopathology of human tumours by fast clearing and ultramicroscopy”。这项新技能能够用3D办法去除病理安排,而无需肿瘤切片,显着进步癌症确诊的可靠性!
  解救生命的安排样本
  维也纳工业大学固体电子研究所的Hans Ulrich Dodt 教授说:“在显微镜下,您能够看到切除的肿瘤是否被健康安排所环绕,如果是这样的状况,患者只需求等候恢复。如果不是这种状况下,患者需求进行后续手术或放射治疗,尤其是乳腺癌经常产生这种状况。”
  切片问题在于,永久不可能彻底查看到整个肿瘤安排。通常,每5毫米安排制作一个约4微米厚的切片。这意味着只查看带了整个肿瘤体积的千分之一。而且在要害区域,还需求选择更精密的距离,可是不可能以此办法研究到整个安排。
  超显微镜的呈现
  可是,一种超显微镜技能能够使整个肿瘤能够以3D模式呈现。Inna Sabdyusheva开发了一种化学办法来“铲除”乳腺癌样品,然后使它们变得通明,但结构保持不变,所以癌细胞依然能够被辨认。
  肿瘤3D显现
  然后在超显微镜下查看通明样品,薄层激光束即所谓的“光片”穿透安排。然后对样品进行逐层剖析,即使从未切过肿瘤,核算机也能够显现肿瘤的一切切片。经过这种办法,能够看到被癌细胞阻塞的乳腺导管。
  超显微3D肿瘤显微镜操作过程
  为了铲除肿瘤,咱们提出了一种制备技能,该技能包含三个过程:
  (a)用福尔马林/ 5-磺基水杨酸固定和增强安排自发荧光
  (b)用2,2-二甲氧基丙烷进行的超快活性化学脱水
  (c)在最高56°C下与二苄基醚匹配的折射率
  铲除后,对肿瘤切除部位成像。图画经过核算处理后以增强对比度和去除伪影,然后进行3D重建。
  用pathoDISCO进行安排处理
  (a)实体肿瘤的可逆安排铲除和3D成像工作流程
  (b)样品的体积收缩率比较(%),用pathoDISCO和3DISCO铲除(n = 16)
  (c)从手术到3D重建的安排处理时间表
  图画收集
  运用定制的超显微设置获取了根据选择性增强的肿瘤切除部位自发荧光的图画。咱们建立了最佳的自发荧光激起是经过运用488 nm波长的激光实现的。所发出的荧光经过光学带通滤光片过滤,截止波长为550±49 nm。
  记载后,对获取的图画进行对比度受限的自适应直方图平衡(CLAHE)46,经过频域47中的定向空间滤波去除条纹伪影,以及对最终清晰度进行锐化掩盖。咱们发现,按此处理过程,能够显着进步对比度。为了经过CLAHE获得最佳成果,图画中的灰度级数应尽可能高(例如,对应于65,535灰度级的16位),因为该算法会将不显着的小亮度差异转换为人眼能够很好感知的较大差异。
  (a)超显微设置:用于荧光激起的蓝宝石激光器单元(未显现),分束器立方(BSC),45度银镜(M),两个光片产生器单元(LSG),两个可移动的线性渠道(LS)沿光束传播轴(z)的LSG单元,用于将光片的中心叠加在生物样品的中心;核算机控制的渠道,用于将样品垂直移动经过光片(VS);石英容器(QC) ,其间装有成像介质(DBE)。检测单元包含配备有用于补偿折射率失配的调制器(MO)的×2,×4或×16物镜,配备有带通滤光片(BPF)轮的管状透镜(TL)和CMOS相机。(b,c)以×2扩大率记载癌症样品。
  因为一切运用的图画处理过程都在2D图画上进行操作,因而它们在核算上不会耗费大量成本,例如3D反卷积办法(需求输入三维数据)。因而,整个记载处理链基本上能够在记载过程中运用最新的多处理器核算机实时地执行。
  3D重建
  预处理后,运用可视化软件AMIRA 6.7(德国Thermofisher)三维重建了600–2,000张图画的堆栈。因为肿瘤记载是单色的,因而有必要经过其特征性自发荧光强度来区别不同类型的安排(图 1 d1,e1,f1)。咱们发现最高的自发荧光强度对应于红细胞和微钙化,血管结构和胶原纤维。因而,血管结构和胶原纤维用2×或4×扩大倍数(图变得可见 1 D2,E2),红细胞(图 1 F 2,4 G)能够运用16×扩大率被辨认。核(扩大16倍)(图 4d,f)和脂肪细胞(扩大2倍或4倍)(图2 d,e,3 d)因为自身荧光较低而显得较暗。
  3D安排病理学运用于人类乳腺肿瘤。杰出显现与癌症相关的安排结构。(a,b)未铲除的乳房安排标本。(c)化学安排铲除后的同一标本。(d – f)标本的3D重建的代表性图画。(d1)以×2扩大率记载的DCIS样品的选择平面。(d2)具有杰出显现的血管的相同3D重建。(e1)以×16扩大率记载的乳腺癌标本的3D重建选择平面。(e2)相同的3D重建,杰出显现了血管和有丝分裂活动部位。(f1)以×16扩大倍数记载的乳腺癌样品的3D重建。(f2)分别观察同一样本的血管(参见弥补材料中图4的电影 )。
  为了简化人类视觉对相关安排结构的检测和辨认,咱们开发了几种色彩图,可将亮度差异转换为色彩差异。咱们还执行了根据强度的阈值分割,以杰出显现3D重建中与确诊相关的结构。咱们能够证明这能够可视化某些癌症标志。
  病理学的革新
  Hans-Ulrich Dodt 说:“咱们深信这种办法将彻底改变病理学。在比以前更少的时间内,能够实现更高的查看可靠性。此外,新的3D办法还为将来的癌症开展供给全新的见地。”
  3D肿瘤显微镜的运用使病理学工作变得愈加简单。Hans-Ulrich Dodt 表示:“病理学家将不再需求在显微镜下查看大量的安排切片,而是能够运用鼠标在图画上滚动,这与放射学家现在的工作办法类似。” Dodt认为,在此过程中生成的大量图画数据也为人工智能领域带来了全新的机会,这样的核算机程序能够在将来加快并简化肿瘤确诊。”

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