內(nèi)窺醫(yī)用拉曼光譜解決方案
生物組織由細(xì)胞構(gòu)成,而細(xì)胞由蛋白質(zhì)、核酸、脂肪等拉曼信號(hào)較強(qiáng)的基本物質(zhì)構(gòu)成。疾病的產(chǎn)生往往伴隨組織和細(xì)胞的惡變,*早體現(xiàn)在蛋白質(zhì)、核酸、脂肪等基本構(gòu)成物分子結(jié)構(gòu)構(gòu)象或數(shù)量上的變化,但疾病初期這些變化的臨床癥狀和醫(yī)學(xué)影像表現(xiàn)往往并不明顯,因此對(duì)于初期癥狀不太明顯的病癥檢測(cè)仍需要尋求一些其他的技術(shù)手段和方法來(lái)實(shí)現(xiàn)早期診斷！
拿腫瘤檢測(cè)舉例，腫瘤的三種主要檢測(cè)方法為腫瘤標(biāo)志檢測(cè)、組織病理學(xué)診斷和影像學(xué)診斷[]。腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)易受個(gè)體差異以及某些良性疾病的影響，一般只能作為輔助手段；組織病理學(xué)診斷是腫瘤診斷臨床應(yīng)用上的“金標(biāo)準(zhǔn)”，該方法從組織和細(xì)胞尺度上進(jìn)行腫瘤 的診斷。組織病理學(xué)是一門非常復(fù)雜的學(xué)科，要求檢測(cè)人員具有豐富 的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)檢測(cè)人員的專業(yè)性要求較高，且診斷的時(shí)效差，屬于有創(chuàng)的診斷方式。影像學(xué)診斷一般借助熒光成像或者其他顯微成像技術(shù)，會(huì)引入外部標(biāo)記物，可能無(wú)法反應(yīng)正常的細(xì)胞環(huán)境。
拉曼光譜是一種分子診斷技術(shù)，在生物分子水平上顯示出組織病理學(xué)評(píng)估的前景，在過(guò)去的20年中，通過(guò)全面的體外研究，拉曼光譜的準(zhǔn)確診斷能力已經(jīng)積累了大量的證據(jù)。
拉曼光譜具有以下優(yōu)勢(shì)：
高特異性： 拉曼光譜對(duì)分子的特異性非常高，可以準(zhǔn)確識(shí)別不同生物分子，有助于對(duì)腫瘤組織和正常組織進(jìn)行區(qū)分。
非侵入性： 拉曼光譜無(wú)需破壞樣品，是一種非侵入性的檢測(cè)方法，可以在活體組織中進(jìn)行。
實(shí)時(shí)性： 拉曼光譜提供實(shí)時(shí)的分子信息，可以用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)手術(shù)中組織的生物化學(xué)變化。
化學(xué)多樣性： 拉曼光譜可以同時(shí)檢測(cè)多種生物分子，包括蛋白質(zhì)、核酸、脂質(zhì)等，提供了對(duì)生物組織化學(xué)構(gòu)成的全面了解。
無(wú)需標(biāo)記： 拉曼光譜無(wú)需對(duì)樣品進(jìn)行標(biāo)記，避免了對(duì)生物體的額外處理，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)流程。
對(duì)水不敏感：水的拉曼信號(hào)較弱，所以細(xì)胞可以在水環(huán)境中成像，這意味著活細(xì)胞成像是可能的；
傳統(tǒng)的基于拉曼光譜的腫瘤診斷方法有體內(nèi)診斷和體外診斷。體外診斷通常采集腫瘤組織或癌細(xì)胞系、血液或血液成分、腫瘤標(biāo)志物（CTC）等原材料進(jìn)行拉曼光譜數(shù)據(jù)的采集，采集到的數(shù)據(jù)多采用主成分分析－線性判別分析（ＰＣＡ－ＬＤＡ）等多變量統(tǒng)計(jì)分析方法來(lái)分析，著力尋找正常樣本以及不同分期的癌變樣本之間的光譜差異，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同腫瘤的診斷，根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，已經(jīng)可以通過(guò)拉曼光譜診斷出不通過(guò)部位的惡性腫瘤（癌癥），如膀胱癌，腦癌、肺癌、食管癌等；但是這種光譜差異往往不是很明顯，只通過(guò)操作人員的經(jīng)驗(yàn)很難進(jìn)行腫瘤的分期判別；人工智能的機(jī)器學(xué)習(xí)算法引入，通過(guò)大量的數(shù)據(jù)訓(xùn)練，讓算法自動(dòng)尋找差異并且判別是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。常規(guī)的體外診斷一般可以采用顯微共焦拉曼來(lái)進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)樣品的不同選擇合適的激發(fā)波長(zhǎng)即可。
相比于體外診斷，利用拉曼探頭進(jìn)行體內(nèi)診斷的難度更大；主要體現(xiàn)在：
1、體內(nèi)環(huán)境比較復(fù)雜，對(duì)探頭的要求較高，需要一定的耐腐蝕設(shè)計(jì)；
2、由于信號(hào)較弱，并且信號(hào)需要通過(guò)光纖的形式輸出到光譜儀中，對(duì)探頭的收光能力要求較高；
3、由于探頭的收光能力一般比顯微系統(tǒng)中物鏡的收光能力差，所以對(duì)后端光譜儀的通光能力要求非常高。
4、跟內(nèi)窺鏡結(jié)合一般要求實(shí)時(shí)得到數(shù)據(jù)并且跟數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，給出組織的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，以便給操作人員對(duì)應(yīng)的指導(dǎo)。
雖然困難重重，但是科研人員依舊取得了不錯(cuò)的進(jìn)展。
案例1：巴雷特食管是食管腺癌的前兆，早期識(shí)別異型增生等高危病變對(duì)于提高患者生存率至關(guān)重要。用于診斷BE異型增生的傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡檢查受到診斷準(zhǔn)確性差和需要大量活檢取樣的限制，導(dǎo)致高昂的醫(yī)療成本和患者負(fù)擔(dān)。在新加坡進(jìn)行的研究涉及從373名具有不同組織學(xué)亞型的上消化道患者身上獲取體內(nèi)組織拉曼光譜，從而構(gòu)建了一個(gè)用于診斷BE異型增生的綜合拉曼庫(kù)，該系統(tǒng)允許在內(nèi)窺鏡檢查期間進(jìn)行實(shí)時(shí)、無(wú)創(chuàng)或微創(chuàng)光學(xué)活檢，以更高的精度針對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)組織區(qū)域[]。
圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖
案例2：炎癥性腸?。↖BD）影響著全球大量個(gè)體，區(qū)分潰瘍性結(jié)腸炎 （UC） 和克羅恩病 （CD） 缺乏金標(biāo)準(zhǔn)。研究人員介紹了一項(xiàng)使用拉曼光譜對(duì)炎癥性腸病 （IBD） 進(jìn)行臨床表征的研究，重點(diǎn)關(guān)注潰瘍性結(jié)腸炎 （UC） 和克羅恩病 （CD）。使用基于結(jié)腸鏡耦合光纖探針的拉曼光譜進(jìn)行了一項(xiàng)體內(nèi)研究，以識(shí)別UC和CD的光譜特征。通過(guò)使用統(tǒng)計(jì)技術(shù)分析收集到的光譜，他們開發(fā)了一種預(yù)測(cè)算法，在區(qū)分CD方面實(shí)現(xiàn)了90%的靈敏度和75%的特異性[]。
圖2 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖
案例3：如果在手術(shù)過(guò)程中沒(méi)有檢測(cè)到所有的癌細(xì)胞，手術(shù)作為-種癌癥治療的有效性就會(huì)降低，從而導(dǎo)致復(fù)發(fā)，對(duì)生存產(chǎn)生負(fù)面影響。為了在癌癥手術(shù)中*大限度地檢測(cè)癌細(xì)胞，研究人員設(shè)計(jì)了一種術(shù)中原位、無(wú)標(biāo)記、光學(xué)癌癥檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合了固有熒光光譜、漫反射光譜和拉曼光譜。使用這種多模態(tài)光學(xué)癌癥檢測(cè)系統(tǒng)，我們發(fā)現(xiàn)腦癌、肺癌、結(jié)腸癌和皮膚癌可以在手術(shù)中原位檢測(cè)，其準(zhǔn)確性、靈敏度和特異性分別為97%、100%和93%。這種高靈敏度的光學(xué)分子成像方法可以深刻地影響廣泛的外科和無(wú)創(chuàng)介入腫瘤學(xué)的范圍程序，通過(guò)提高癌癥檢測(cè)能力，從而減輕癌癥負(fù)擔(dān)，提高生存率和質(zhì)量生活[]。
圖3 多模態(tài)光譜檢測(cè)系統(tǒng)
卓立漢光可以提供體外顯微共聚焦拉曼光譜儀， 也能提供醫(yī)用內(nèi)窺拉曼光譜儀。
顯微共聚焦拉曼光譜儀 finder930
Finder930全自動(dòng)化拉曼光譜儀在卓立經(jīng)典的共聚焦拉曼光譜儀的基礎(chǔ)上，新增了多種全新技術(shù)，非常適用于體外的組織拉曼成像診斷測(cè)試。：
1、采用針孔共聚焦設(shè)計(jì)，空間分辨達(dá)到500nm，軸向分辨<1um，極大程度抑制了非共聚焦點(diǎn)外的熒光或者其他背景干擾；
2、引入了高精度的自動(dòng)化電動(dòng)控制系統(tǒng)，智能控制激光切換、激光功率、共焦針孔大小，使設(shè)備更加智能，操作更加簡(jiǎn)單；
3、嚴(yán)苛的溫度和時(shí)間穩(wěn)定性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，讓設(shè)備穩(wěn)定性大幅提升，開機(jī)即用，無(wú)需專人維護(hù)。
醫(yī)用內(nèi)窺拉曼光譜儀
醫(yī)用拉曼光譜儀基于我們代理的EMVISION 的內(nèi)窺拉曼探頭，結(jié)合自主研發(fā)的透射光譜儀和科研級(jí)制冷型CCD，超大的光通量可以保證盡可能的信號(hào)損失，超高的靈敏度可以保證極高的信噪比，光纖耦合，易于與內(nèi)窺鏡結(jié)合使用。
|
拉曼光譜儀
|
光譜儀結(jié)構(gòu)：VPH透射光柵光譜儀
激光激發(fā)波長(zhǎng)：785 nm
拉曼頻移范圍：350 cm-1 to 2,400 cm-1
光譜儀入口狹縫：10um-6mm可調(diào)
光譜儀F/#通光口徑：f/2.3
光譜儀分辨率：優(yōu)于5cm-1
光譜儀接口：SMA/MPO/10mm圓柱 |
|
光譜CCD
|
具有高像元分辨率的CCD芯片，分辨率≥2000x256
可見近紅外拉曼專用CCD，量子效率在700nm-870nm區(qū)間處>90%，
深制冷溫度至-60C
讀出噪聲< 5電子/像元 |
|
光纖拉曼探頭
|
高靈敏度光纖探頭（內(nèi)窺版本）
Y型光纖，分為激光端，光譜儀端和樣品端。醫(yī)用尼龍包層，可直接用于皮膚，腦組織等生物樣品拉曼檢測(cè)。
激光端：FC/PC光纖接口，300um芯徑光纖，單芯
光譜儀端：**Snap-in即插即用接口，300um芯徑光纖，6芯，排成一行
樣品端：探頭尾部直徑<2.1mm，金屬部分長(zhǎng)度6.5mm
樣品端包含785的干涉濾光片，785的高通濾光片，微透鏡，焦距500um
光纖總長(zhǎng)度3米 |
|
光纖拉曼探頭
|
高靈敏度光纖探頭(非內(nèi)窺版本)
Y型光纖，分為激光端，光譜儀端和樣品端。醫(yī)用尼龍包層，可直接用于皮膚，腦組織等生物樣品拉曼檢測(cè)。
激光端:FC/PC光纖接口，300um芯徑光纖，單芯
光譜儀端:**即插即用接口，300um芯徑光纖，6芯，排成一行樣品端:手持部分約 100mm，探頭尾部直徑<2.1mm。
樣品端包含 785 的干涉濾光片，785 的高通濾光片，微透鏡，焦距 500um。
光纖總長(zhǎng)度3米 |
|
激光器
|
光纖激光器，785nm，350mW，F(xiàn)C-PC接口，<0.15nm帶寬， |
Finder Insight Pro 系列小型激光拉曼光譜儀
Finder Insight Pro 系列小型激光拉曼光譜儀是經(jīng)過(guò)性能優(yōu)化的一款小型化的研究級(jí)拉曼光譜儀，它采用了科研級(jí)高靈敏度檢測(cè)器和大通光量的分光系統(tǒng)，可選配96孔測(cè)試板，配合軟件進(jìn)行全自動(dòng)測(cè)量操作。
1、單點(diǎn)測(cè)量與順序測(cè)量，單譜采集、連續(xù)采集、間隔采集等模式，用戶自由選擇；
2、可選配數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行未知樣品比對(duì)測(cè)量；
3、內(nèi)置電池，小巧輕便，可便攜攜帶；
參考文獻(xiàn)：
1、Qi Yafeng, Liu Yuhong, Liu Dameng. Research Progress on Application of Raman Spectroscopy in Tumor Diagnosis[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2020, 57(22): 220001
2、Lambert JE, Ramos-Roman MA, Browning JD, Parks EJ. Increased de novo lipogenesis is a distinct characteristic of individuals with nonalcoholic fatty liver disease. Gastroenterology. 2014 Mar;146(3):726-35. doi: 10.1053/j.gastro.2013.11.049. Epub 2013 Dec 4.
3、Li Y, Jing J, Qu Y, Miao Y, Zhang B, Ma T, Yu M, Zhou Q, Chen Z. Fully integrated optical coherence tomography, ultrasound, and indocyanine green-based fluorescence tri-modality system for intravascular imaging. Biomed Opt Express. 2017 Jan 24;8(2):1036-1044.
4、Michael Jermyn, Jeanne Mercier, Kelly Aubertin, Joannie Desroches, Kirk Urmey, Jason Karamchandiani, Eric Marple, Marie-Christine Guiot, Frederic Leblond, Kevin Petrecca; Highly Accurate Detection of Cancer In Situ with Intraoperative, Label-Free, Multimodal Optical Spectroscopy. Cancer Res 15 July 2017; 77 (14): 3942–3950.
免責(zé)聲明
北京卓立漢光儀器有限公司公眾號(hào)所發(fā)布內(nèi)容（含圖片）來(lái)源于原作者提供或原文授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章版權(quán)、數(shù)據(jù)及所述觀點(diǎn)歸原作者原出處所有，北京卓立漢光儀器有限公司發(fā)布及轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享。
如果您認(rèn)為本文存在侵權(quán)之處，請(qǐng)與我們聯(lián)系，會(huì)一時(shí)間及時(shí)處理。我們力求數(shù)據(jù)嚴(yán)謹(jǐn)準(zhǔn)確，如有任何疑問(wèn)，敬請(qǐng)讀者不吝賜教。我們也熱忱歡迎您投稿并發(fā)表您的觀點(diǎn)和見解。
13810146393
在線咨詢
