[发明专利]3轴侧视共聚焦荧光显微内镜

说明书

一种作为共聚焦显微内镜的光学探针组件包括光学聚焦级和反射镜扫描级，所述光学聚焦级将输出光束聚焦到样本上，所述反射镜扫描级可移动以用于利用侧视配置同时在横向二维平面和轴向方向上扫描所述输出光束。所述侧视配置允许利用更高的成像分辨率以及改善的难以到达受检者体内组织的通道对所述样本进行输出光束照射和荧光成像。

相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求2017年7月24日提交的题为“3轴侧视共聚焦荧光显微内镜(3-Axis Side-view Confocal Fluorescence Endomicroscope)”的美国临时专利申请第62/536,285号的优先权，其公开内容通过引用以整体并入本文。

政府利益的声明

本发明是在美国国家卫生研究院(National Institutes of Health)授予的授权第CA142750号的政府支持下完成的。政府在本发明中享有某些权利。

技术领域

本公开总体上涉及使用光学仪器对组织成像的技术，并且更具体地，涉及用于允许使用侧视光学仪器进行二维(2D)和三维(3D)成像的技术。

背景技术

本文所提供的背景描述是出于总体上呈现本公开背景的目的。在此背景技术部分中所描述的程度范围内，当前署名的发明人的工作以及在申请时以其它方式可能未视为现有技术的描述方面，均不明确或暗示地承认为反对本发明的现有技术。

大部分内部和外部体表被上皮覆盖，其为几百微米大小的薄组织层，并起着强烈生物活性的来源的作用。上皮用作电解质传输的底物，以及组织再生的来源。上皮还用作肿瘤形成的起源。

由于上皮的多种不同的生物学功能，研究人员以各种方式对其进行研究。例如，研究人员对小鼠进行基因工程改造来表达光报告基因，这些报告基因被用于研究上皮对传输效应、屏障效应和增殖的调节。这些研究通常通过对离体组织进行组织学分析来验证。然而，这种方法有很多局限性，包括其仅在有限的时间点提供静态信息。相比而言，实时活体显微镜已经被开发用来跟踪先天宿主环境中细胞随时间的运动。特别地，共聚焦显微镜已成为一种上皮光学成像的有效方法。共聚焦显微镜允许进行切片，切片可以穿透到组织内数百微米，这意味着具有适当尺寸和几何形状的仪器可以重复用于监测上皮过程。遗憾的是，常规的共聚焦显微镜设备大且笨重，并且需要大范围的外科手术暴露，这可能会引起显著的创伤。

迄今为止，用于研究上皮中细胞行为的共聚焦技术一直受到缺乏可以容易地操纵并准确定位以可视化个体细胞的仪器的限制。通常，共聚焦显微内镜检查使用柔性光纤以最小化侵入性。当前的共聚焦仪器使用仅在水平平面中采集图像的前视光学器件。因为需要与组织牢固接触才能耦合光，所以这种方向限制了其在多种应用中的可用性，包括在检查小动物的上皮时。希望有一种能够以更准确和更灵活的方式检查上皮的改进的共聚焦显微镜仪器。

发明内容

本申请描述一种手持式光学设备，其可以用作用于实时三维(3D)光学成像的显微镜系统。更具体地，本申请描述具有侧视光学器件的共聚焦显微内镜，所述侧视光学器件允许将显微内镜精确地定位以对组织进行成像。配置有侧视光学器件的共聚焦显微内镜可以从显微内镜侧面照亮血管，而不是通过在常规设备情况下的端视。结果是可以使用侧面照明成像束对组织成像。此外，由组织中的生物目标产生的荧光也通过侧视来采集。所述侧视配置提供了更小的设计，而没有可能伴随前视显微内镜的对组织进入或组织成像的限制。作为这种组合的侧面照明和侧视的结果，本技术首次提供了对小动物上皮中体内个体细胞的精确可视化，包括例如表达荧光团tdTomato的细胞。

而且，具有侧视光学器件的共聚焦显微内镜可以在受检者的更狭窄、更有限的管腔中成像，该管腔迄今为止通过显微内镜成像无法进入。例如，上皮细胞在垂直平面内迁移和分化；并且根据本文教导的侧视共聚焦显微内镜能够在垂直方向上执行光学切片，以通过从显微内镜的侧视照亮并检查组织来研究细胞功能。