美國伊利諾伊大學(xué)的研究人員通過(guò)在標準光學(xué)顯微鏡中增加紅外功能，將紅外測量結果與高分辨率光學(xué)圖像和機器學(xué)習算法結合，創(chuàng )建了與傳統病理技術(shù)密切相關(guān)的數字活檢，并且其性能也超過(guò)了最新的紅外顯微鏡。該研究成果發(fā)表在《PNAS》上。

https://doi.org/10.1073/pnas.1912400117

　　組織病理學(xué)的標準是添加染料或染色劑，以便病理學(xué)家在顯微鏡下看到細胞的形狀和模式。但是，將腫瘤與健康組織區分開(kāi)及確定腫瘤的邊界都是很困難的，而且在許多情況下，診斷是主觀(guān)的。像紅外顯微鏡這樣的技術(shù)可以測量組織的分子組成，提供定量的測量來(lái)區分細胞類(lèi)型。然而由于其價(jià)格昂貴，且樣品需要特殊的準備和處理，使得它們在絕大多數的臨床和研究環(huán)境中不切實(shí)際。

　　Rohit Bhargava教授領(lǐng)導的小組通過(guò)在光學(xué)相機中添加紅外激光器和專(zhuān)用顯微鏡鏡頭（稱(chēng)為干涉物鏡），開(kāi)發(fā)出了混合顯微鏡。這種紅外-光學(xué)混合技術(shù)可通過(guò)實(shí)驗室中普遍使用的光學(xué)顯微鏡測量紅外數據和高分辨率光學(xué)圖像。

紅外-光學(xué)混合（IR-OH）顯微鏡的概念。

　　將這兩種技術(shù)結合起來(lái)可以利用兩者的優(yōu)勢，它不僅具有光學(xué)顯微鏡的高分辨率、大視野和可及性，紅外數據還可以進(jìn)行計算分析，而無(wú)需添加任何會(huì )損壞組織的染料或染色劑。軟件可以重現不同的染色劑，甚至重疊它們以創(chuàng )建出更完整的、關(guān)于組織中成分的全數字圖像。研究人員通過(guò)對健康和癌變的乳腺組織樣本進(jìn)行成像，并將混合顯微鏡的“染料”結果與傳統染色技術(shù)的結果進(jìn)行比較，從而對顯微鏡進(jìn)行了驗證。

乳房組織活檢的并排比較顯示了紅外-光學(xué)混合顯微鏡的某些功能。

左：傳統方法染色的組織樣本；中：由紅外-光學(xué)混合成像產(chǎn)生的計算著(zhù)色；右：紅外數據識別的組織類(lèi)型。圖像中的粉紅色表示惡性癌癥。圖片來(lái)源：伊利諾伊大學(xué)香檳分校

　　此外，研究人員發(fā)現，他們的紅外-光學(xué)混合顯微鏡在幾個(gè)方面都優(yōu)于最先進(jìn)的紅外顯微鏡：覆蓋率提高了10倍、一致性更高、分辨率提高了4倍，從而允許在更短的時(shí)間內，以前所未有的細節對更大的樣品進(jìn)行紅外成像。在病理診斷方面，這可以幫助加快等待結果的速度，降低試劑和人員對組織染色的成本，并為癌癥病理學(xué)提供“全數字”解決方案。

　　研究人員計劃繼續完善用于分析混合圖像的計算工具。他們正在努力優(yōu)化可測量多個(gè)紅外波長(cháng)的機器學(xué)習程序，創(chuàng )建可輕松區分多種細胞類(lèi)型的圖像，并將這些數據與詳細的光學(xué)圖像整合在一起，以精確地映射樣本中的癌癥。他們還計劃探索混合顯微鏡成像的進(jìn)一步應用，如法醫學(xué)、高分子科學(xué)和其他生物醫學(xué)應用。

來(lái)源：生物探索