[發明專利]3軸側視共聚焦熒光顯微內鏡

有效

• 申請號: 201880059601.6
• 申請日: 2018-07-24
• 公開（公告）號: CN111095074B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 托馬斯·D·王;段西雨;李海軍
• 申請（專利權）人: 密歇根大學董事會
• 主分類號: G02B21/02
• 分類號: G02B21/02;G02B21/04;G02B23/24
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 翟洪玲;周艷玲

一種作為共聚焦顯微內鏡的光學探針組件包括光學聚焦級和反射鏡掃描級，所述光學聚焦級將輸出光束聚焦到樣本上，所述反射鏡掃描級可移動以用于利用側視配置同時在橫向二維平面和軸向方向上掃描所述輸出光束。所述側視配置允許利用更高的成像分辨率以及改善的難以到達受檢者體內組織的通道對所述樣本進行輸出光束照射和熒光成像。

相關申請的交叉引用

本申請根據35?U.S.C.§119(e)要求2017年7月24日提交的題為“3軸側視共聚焦熒光顯微內鏡(3-Axis?Side-view?Confocal?Fluorescence?Endomicroscope)”的美國臨時專利申請第62/536,285號的優先權，其公開內容通過引用以整體并入本文。

政府利益的聲明

本發明是在美國國家衛生研究院(National?Institutes?of?Health)授予的授權第CA142750號的政府支持下完成的。政府在本發明中享有某些權利。

技術領域

本公開總體上涉及使用光學儀器對組織成像的技術，并且更具體地，涉及用于允許使用側視光學儀器進行二維(2D)和三維(3D)成像的技術。

背景技術

本文所提供的背景描述是出于總體上呈現本公開背景的目的。在此背景技術部分中所描述的程度范圍內，當前署名的發明人的工作以及在申請時以其它方式可能未視為現有技術的描述方面，均不明確或暗示地承認為反對本發明的現有技術。

大部分內部和外部體表被上皮覆蓋，其為幾百微米大小的薄組織層，并起著強烈生物活性的來源的作用。上皮用作電解質傳輸的底物，以及組織再生的來源。上皮還用作腫瘤形成的起源。

由于上皮的多種不同的生物學功能，研究人員以各種方式對其進行研究。例如，研究人員對小鼠進行基因工程改造來表達光報告基因，這些報告基因被用于研究上皮對傳輸效應、屏障效應和增殖的調節。這些研究通常通過對離體組織進行組織學分析來驗證。然而，這種方法有很多局限性，包括其僅在有限的時間點提供靜態信息。相比而言，實時活體顯微鏡已經被開發用來跟蹤先天宿主環境中細胞隨時間的運動。特別地，共聚焦顯微鏡已成為一種上皮光學成像的有效方法。共聚焦顯微鏡允許進行切片，切片可以穿透到組織內數百微米，這意味著具有適當尺寸和幾何形狀的儀器可以重復用于監測上皮過程。遺憾的是，常規的共聚焦顯微鏡設備大且笨重，并且需要大范圍的外科手術暴露，這可能會引起顯著的創傷。

迄今為止，用于研究上皮中細胞行為的共聚焦技術一直受到缺乏可以容易地操縱并準確定位以可視化個體細胞的儀器的限制。通常，共聚焦顯微內鏡檢查使用柔性光纖以最小化侵入性。當前的共聚焦儀器使用僅在水平平面中采集圖像的前視光學器件。因為需要與組織牢固接觸才能耦合光，所以這種方向限制了其在多種應用中的可用性，包括在檢查小動物的上皮時。希望有一種能夠以更準確和更靈活的方式檢查上皮的改進的共聚焦顯微鏡儀器。

發明內容

本申請描述一種手持式光學設備，其可以用作用于實時三維(3D)光學成像的顯微鏡系統。更具體地，本申請描述具有側視光學器件的共聚焦顯微內鏡，所述側視光學器件允許將顯微內鏡精確地定位以對組織進行成像。配置有側視光學器件的共聚焦顯微內鏡可以從顯微內鏡側面照亮血管，而不是通過在常規設備情況下的端視。結果是可以使用側面照明成像束對組織成像。此外，由組織中的生物目標產生的熒光也通過側視來采集。所述側視配置提供了更小的設計，而沒有可能伴隨前視顯微內鏡的對組織進入或組織成像的限制。作為這種組合的側面照明和側視的結果，本技術首次提供了對小動物上皮中體內個體細胞的精確可視化，包括例如表達熒光團tdTomato的細胞。

而且，具有側視光學器件的共聚焦顯微內鏡可以在受檢者的更狹窄、更有限的管腔中成像，該管腔迄今為止通過顯微內鏡成像無法進入。例如，上皮細胞在垂直平面內遷移和分化；并且根據本文教導的側視共聚焦顯微內鏡能夠在垂直方向上執行光學切片，以通過從顯微內鏡的側視照亮并檢查組織來研究細胞功能。