新型显微镜可以三维观察组织内部

一项新的成像技术可以更好更快地进行诊断,甚至在手术中也是如此。
2017年7月4日

采访

Jonathan Liu,华盛顿大学

癌症细胞

培养中的癌细胞

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美国科学家发明了一种新技术,可以从三维角度观察组织内部,这样医生就可以更好、更快地做出诊断,甚至在手术过程中也可以。在这个新系统中,一束光被用来照亮一系列穿过组织块的薄片。出现的光被相机捕捉,然后建立整个标本的三维图像。克里斯·史密斯采访了华盛顿大学的乔纳森·刘,他帮助发明了这项技术。

乔纳森:你可以把它想象成一个用来扫描组织的平板扫描仪。样品放在玻璃板上;所有的光学元件都在下面,所以光和所有复杂的东西都隐藏在玻璃板下面,用户所要做的就是把组织放在上面。

克里斯-什么样的组织标本:有多大,你能想象到什么?

乔纳森:这是我们的系统的独特之处,因为它在某种程度上不受可以放置在顶部的标本类型的限制。我们对5 x 5厘米大的组织进行了成像;这些都是相对较大的手术切除。我们还可以对从怀疑患有肿瘤的患者身上获得的直径为1毫米的较小标本进行成像。

克里斯:如果一个人正在接受手术,外科医生在手术时想要确定的关键问题是“我是否切除了这个人的所有癌症?”你可以从病人身上取出组织你可以对这个块进行成像看看是否有我们所说的“清晰的边缘”组织周围有一个区域没有癌症沉积这样外科医生就知道他们以后不必把那个人送回手术室再做一次手术了?

乔纳森:没错。已经尝试了一些替代技术。例如,冷冻切片,他们冷冻组织,这样他们可以在手术中快速切割组织,但这些技术通常不能产生非常可靠的结果,对于某些组织类型。例如,脂肪乳房组织,它们不能很好地工作,因为脂肪不能很好地冻结,所以很难获得高质量的图像。

克里斯-那告诉我们它到底是怎么工作的吧。你从病人身上取出一些新鲜的热组织,放在你的玻璃表面上——是什么让这一切成为可能呢?

乔纳森:传统的病理组织必须经过化学处理,装在蜡块里,切成非常薄的切片,装在玻片上,在传统的显微镜下观察。用我们的技术,我们不需要切开组织,我们用光切开组织。这就是我们所说的光学切片而不是用刀进行物理切片。

所以我们发射一层薄薄的光,然后我们用相机对这层光成像,这样我们就能看到一个看起来像组织被切成很薄的部分的图像,而不必真的切开组织。

克里斯——我把我的组织块放在显微镜上,光线从下面照进来。它是否以一定角度进入以形成光片然后相机如何看到光片所看到的?

乔纳森:没错。为了对光片成像,当光片进入组织时,我们的相机必须与光片成90度角。所以我们不是垂直于组织表面发射光,而是以45度角发射,然后输出光束也以45度角射出组织表面。因此,我们可以成像这些斜光片,它们以45度切入组织。当我们扫描组织时,我们收集了一系列倾斜的光片,这样我们就可以得到组织的三维体积。

克里斯:你的电脑能在组织切片上重新编译你的每张薄片,在显微镜的屏幕上有效地生成一个3D模型吗?

乔纳森:对,没错。这就是该设备的目的,收集这些2D光片,并将它们重建成3D体积,这样我们就可以向病理学家和其他临床医生展示组织的3D微结构,这应该让他们了解组织,了解疾病,并最终更准确地指导患者的治疗。所以我们觉得,我们已经在论文中展示了,基于3D信息可以做出更准确的诊断。

克里斯:如果这符合你的期望,对病人来说会有什么不同?

乔纳森:对于治疗来说,这可以带来巨大的不同。现在人们认识到一个问题,尤其是前列腺癌患者和乳腺癌患者,很多患者都接受了过度治疗,他们接受了不必要的手术、化疗或放射治疗,这些治疗都有副作用。所以我们可以对病人进行分层,以确定哪些病人应该接受治疗,哪些病人应该接受积极的监测,这是非常重要的,也许这种疾病实际上并不是很恶性。

在前列腺癌中,大多数癌症的侵袭性不是很强,但对一小部分患者来说,它们可能会导致死亡,我们需要能够识别出这些患者,并进行适当的治疗。

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