내시경학

내시경술은 인체 내부에서 조직학 같은 영상을 실시간으로 획득하는 기법으로, '광학 생검법'^[4][5]으로 알려져 있다.^[1][2][3] 다광 현미경과 광학 일치 단층촬영도 내시경 사용에 적합하도록 개조되었지만, 일반적으로 형광 콘포칼로컬 현미경을 가리킨다.^[6][7][8][9] 상업적으로 이용 가능한 임상 및 임상 전 내시경 검사기는 마이크로미터의 순서로 분해능을 달성할 수 있으며 수백 µm의 시야를 가질 수 있으며 488nm 레이저 광선을 사용하여 흥분하기 쉬운 플루오포레와 호환된다. 주요 임상 애플리케이션은 현재 뇌와 위장관의 종양 여백 영상촬영에 있으며, 특히 배럿의 식도, 췌장 낭종, 대장 병변의 진단과 특성화를 위해 사용된다. 연구자들이 살아있는 동물 이미징을 수행할 수 있도록 하기 때문에 내시경 검사를 위해 많은 사전 임상 및 초국가적 응용이 개발되었다. 주요 임상 전 애플리케이션은 위장관, 투우르 여백 감지, 자궁 합병증, 이차혈증, 연골과 힘줄의 실시간 영상촬영, 오르가노이드 영상촬영 등이다.

원칙

기존의 넓은 영역 현미경 검사는 영상이 흐릿하고 초점이 맞지 않는 배경 신호에 의해 손상되기 때문에 일반적으로 두꺼운 조직을 영상화하는 데 적합하지 않다.^[10] 내시경 검사기는 컨포칼로크 원리를 사용하여 광학 단면(배경 강도 제거)을 달성한다. 각 이미지 프레임은 레이저 지점을 조직 위로 빠르게 스캔하여 포인트 바이 포인트 방식으로 조립된다. 테이블 상단의 콘코칼로컬 현미경에서 스캔은 보통 부피가 큰 갈바노미터 또는 공명 스캐닝 미러를 사용하여 수행된다. 내시경 검사기는 이미징 프로브의 원위부 끝에 소형화된 스캔 헤드가 있거나 환자 외부에서 스캔을 수행하고 이미징 섬유 번들을 사용하여 스캔 패턴을 조직으로 전달한다.^[3]

단일 섬유 내시경

단일 섬유 콘포칼로리 내시경기는 광섬유의 끝을 공간 필터로 사용해 현미경의 소형화가 가능하다. 488nm 청색 레이저가 광섬유를 통과해 유연한 핸드헬드 프로브를 통과한다. 탐침의 광학들은 레이저를 조직의 한 지점에 집중시켜, 흥미로운 형광물질을 만들어낸다. 방출된 빛은 광섬유로 포착되어 광학 필터를 통과하여 검출기로 전달된다. 영상 평면 전체에서 포커스를 스캔하고 포인트 강도 측정을 컴파일하여 영상이 생성된다. 영상 평면은 샘플에서 위아래로 번역할 수 있어 3D 영상 스택 생성이 가능하다.^[11] 단일 섬유내시경도 기존의 콘포칼로컬 현미경과 비슷한 해상도를 가지고 있다.^[12]

파이버 번들 엔도믹스코프

섬유다발은 원래 유연한 내시경에서 사용하기 위해 개발되었다.^[13] 그리고 그 이후로 내시경 검사에 사용되도록 개조되었다.^[14][15][16] 단일 공유 클래딩 안에 많은 수의 섬유 코어(최대 수만 개)로 구성되며, 유연하며, 밀리미터의 순서에 따라 직경이 있다. 일관된 파이버 번들에서 코어의 상대적인 위치는 파이버를 따라 유지된다. 즉, 번들의 한쪽 끝에 투사된 이미지가 서로 뒤엉키지 않고 다른 끝으로 전송된다는 것을 의미한다. 따라서 묶음의 한쪽 끝을 테이블 상판 콘코칼로컬 현미경의 초점에 두면 묶음은 유연한 확장 기능을 하며 내시경 수술이 가능하다. 피복재가 아닌 코어만 빛을 전송하므로 이미지 처리를 적용하여 결과적인 벌집 모양 이미지를 제거해야 한다.^[17] 각 코어는 기본적으로 이미지 픽셀 역할을 하므로 파이버 코어 사이의 간격은 해상도를 제한한다. 번들의 원위부 끝에 마이크로 광학 장치를 추가하면 확대 및 고해상도 영상이 가능하지만 시야를 줄이는 비용이 든다.

원위부 스캐닝 내시경

원위부 스캐닝 내시경 검사기는 영상 탐침에 소형 2D 스캐닝 장치를 내장하고 있다. 레이저 방출 및 복귀 형광 방출은 광섬유를 사용하여 스캐닝 헤드로 송수신된다. 대부분의 실험 기기는 MEMS 스캐닝 미러를 사용하거나 전자기 작동을 사용하여 파이버를 직접 변환한 적이 있다.^[18][19]

비반복 내반경파

광야 내시경(^[20]즉, 비심층 단면 현미경)은 세포외 영상촬영을 포함하여 선택된 용도를 위해 개발되었다.^[21] 광학 일치 단층 촬영과 다중 광학 현미경 촬영 모두 내시경으로 입증되었다.^[22][23][24] 성공적인 구현에서는 분산 및 광손실에 대한 문제로 인해 파이버 번들이 아닌 원위부 스캐닝을 사용해 왔다.

커머셜 프로덕츠

다음 네 가지 내시경 검사 제품이 개발되었다. The fluorescence in vivo endomicroscope - FIVE2 (OptiScan Imaging Ltd, Melbourne, Australia) developed for pre-clinical research, the neurosurgical device Convivo (Carl Zeiss Meditech AG, Jena, Germany), the Pentax ISC-1000/EC3870CIK endoscope (Pentax/Hoya, Tokyo, Japan), now withdrawn from some markets, and Cellvizio (Mauna Kea Technologies, Paris, 프랑스). 펜탁스 메디컬 장치는 내시경으로 포장되었는데, 단일 섬유에 대한 OptiScan의 전자파 제어 스캐닝을 사용하여 장치의 원위부 끝에서 컨코컬 스캔을 수행했다. 이것은 넓은 시야에 걸쳐 미크로미터 이하의 해상도를 제공하며 프레임당 최대 100만 화소까지 제공한다. 오리지널 펜탁스 계측기는 최대 1.6fps의 가변 프레임률과 표면에서 250μm까지의 깊이 범위에서 사용자가 작업 거리를 동적으로 조정했다.^[19]2세대 옵티스캔 스캐너는 프레임률이 0.8fps~3.5fps, 시야는 475μm, 표면 깊이 범위는 400μm까지 조절할 수 있다. 마우나 키아의 셀비지오 장치는 외부 레이저 스캐닝 유닛을 갖추고 있으며 다양한 용도에 최적화된 분해능, 시야 및 작업 거리를 갖춘 파이버 번들 기반 프로브를 선택할 수 있다. 이 프로브는 표준 내시경 기기 채널과 호환되며 프레임률은 12Hz이다.^[16]

적용들

대부분의 임상시험은 위장(GI) 트랙에서의 적용, 특히 암 전 병변의 검출과 특성화에 초점을 맞춰왔다. OptiScan의 FOVE2는 21CFR820 및 EU 의료기기 설치에 대한 EU 의료기기 규정과 일치하여 ISO 13485:2016에 따라 인증을 받았으며, 마우나 키아의 셀비지오는 미국 식품의약국(FDA) 510(k)의 허가 및 유럽식 CE 마크에 GI 및 폐활용제에서의 임상용 허가를 받았다.^[3] 연구 결과에 따르면 요로,^[5] 머리와 목,^[25] 난소,^[26] 폐를 포함한 광범위한 잠재적 용도를 제안했다.^[27] 일반적으로 사용되는 형광 얼룩에는 국소적으로 도포된 아트리플라빈과 정맥으로 투여된 플루오레세신 나트륨이 포함된다.^[3][28]

참조