CHAMP 显微镜™
彻底改变癌症手术术前,术中,及术后的细胞成像方式
CHAMP 显微镜™
革命性科技
CHAMP 显微镜™是一种快速且人性化的医疗设备,可为医生提供有关癌症手术期间组织切缘的准确信息。我们使用紫外激光于对未经处理的厚组织样本进行表面成像。该紫外激光的特定波长可以在细胞核和细胞质之间产生丰富的内源性对比度,为 CHAMP 在不进行组织切片和化学染色的情况下进行细胞成像。
Deep-CHAMP™
极致的虚拟染色
Deep-CHAMP™是一种半监督深度学习算法,可将灰阶 CHAMP 自发荧光图像虚拟染色成高度准确的临床组织学图像,模拟在传统石蜡切片中一周左右时间才能获得的H&E染色图像。通过精准的虚拟染色,病理医生无需接受培训即可对图像进行诊断。
在手术室内实现现场成像
Deep-CHAMP 图像与临床金标准之间的相似度为95 %
将诊断时间从30分钟缩短至3分钟
癌症切缘评估
癌症外科医生多年以来一直意识到一个问题,就是难以在手术过程中精准判断是否所有癌细胞都已经从患者身上成功移除。目前,冷冻切片仍然是术中手术切缘评估的方法。此过程需要对组织样本进行快速冰冻等处理,这可能会对组织构造产生影响,从而显著降低病理图像的质量。众所周知,较低质量的图像会使病理医生难以做出准确的诊断。
每五位患者中,就有一位会遇到术中检测结果与术后病理组织报告结果不一致的现象。如果在手术边缘发现肿瘤细胞,患者则必须接受再次手术。
再次切除手术不是一种有效的做法,因为它增加了医疗保健系统的负担。到2040年,癌症手术的数量将会预计增加500万台 [1],医院已经花费了大量的临床资源来尝试解决负荷日益增加的问题。病理学家和外科医生真正需要的,是一种能够在手术过程中快速生成高分辨率图像并为他们提供组织病理信息的解决方案。
PhoMedics 为他们带来了突破性的解决方案:无需任何组织处理或染色即可提供术中病理信息。硬件和软件的强大组合可以在医生需要时准确地为他们提供所需的信息。右侧的图片中显示了我们的 CHAMP 显微镜结合虚拟染色在三分钟内对伴有癌细胞转移的淋巴节组织进行成像。
灰阶-CHAMP 图片显示在淋巴结中发现的转移性癌细胞。浸润性微乳头状癌(IMPC),一种罕见的浸润性导管癌(IDC)变体;癌细胞簇。
IMPC
使用 Deep-CHAMP™ 进行虚拟染色,显示在淋巴结中发现的转移性癌细胞,侵袭性微乳头状癌 (IMPC),一种罕见的浸润性导管癌 (IDC) 变体;癌细胞簇。
厚组织成像的突破
打破传统的局限: 在传统显微镜学中,大视场、高空间分辨率,和长焦深是不能同时取得 。简单来说,很难在不牺牲分辨率的情况下捕捉大视场。外科医生徒手切除的组织样本的表面通常都凹凸不平,且表面的面积可能较大。在这样的表面很难通过高倍物镜快速获得高质量的图像,因为高倍物镜的焦深短且视场较小。
CHAMP 显微镜™ 内部
CHAMP
常规光学显微镜
通过图案照明的计算高通量自发荧光显微镜(CHAMP)
CHAMP 是一种无创成像技术,采用紫外(UV)激光对新鲜切除的组织表面进行成像。CHAMP所选择的特定波长的紫外光能使细胞内的不同结构产生不同的信号,以显现细胞的形态,产生内源性对比度,病理医生可以根据我们生成的细胞图像识别样本中的异常,这些异常通常是癌症等疾病的判断依据。
CHAMP所使用的低倍物镜 (LMOL) 可延长焦深,因此,CHAMP 对样品表面粗糙度的容忍度更高。同时,LMOL 提供了更大的视场,减少了扫描组织的时间。然而,细胞图像的分辨率受限于 LMOL 中的较小的数值孔径 (NA)。鉴于此,PhoMedics 采用图案照明的技术来获取高频信号,从而得以重建高分辨率图像,打破了无法同时拥有长焦深、大视场和高空间分辨率的传统局限。
通过利用紫外光、LMOL 和图案照明的组合,我们的 CHAMP 显微镜™ 能够在 3 分钟内生成高分辨率的细胞图像。
最优化的设计
我们所有的开发与设计都是以用户为中心的。我们采用以人为本的设计方法来了解用户与我们产品的互动方式。我们希望用户操作产品的过程尽可能的简单,并且只需最少的操作培训即可顺利使用。
乳腺癌
乳腺癌是女性最常见的癌症类型。根据全球癌症观察站的数据,2020 年有超过 220 万女性被诊断出患有乳腺癌 [3]。乳腺癌主要分为三种类型:浸润性导管癌(IDC)、浸润性小叶癌(ILC)和导管原位癌(DCIS)。术中切缘评估在保乳手术 (BCS) 中很常见,占美国所有乳腺癌手术的 44.5% [4].
S
D
L
A
乳房组织结构的灰阶 CHAMP 图像。 (A) 脂肪组织。 (D) 导管。 (L) 小叶。 (S) 基质。
S
D
L
A
由灰阶 CHAMP 图像转换而来的虚拟H&E染色图像。 (A) 脂肪组织。 (D) 导管。 (L) 小叶。 (S) 基质。
S
D
L
A
来自相应区域的真实 H&E 图像。 (A) 脂肪组织。 (D) 导管。 (L) 小叶。 (S) 基质。
肺癌
肺癌是所有癌种中最致命的癌症类型之一。肺癌的两种主要类型是非小细胞肺癌和小细胞肺癌。手术可能是被诊断为早期非小细胞肺癌患者的首选治疗方案 [5]。
大细胞癌组织的灰阶CHAMP 图像。 (F) 纤维组织(很可能是由结缔组织增生引起的)。 (L) 癌细胞周围的淋巴细胞。 (C) 来自大细胞癌的癌细胞。
F
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由灰阶 CHAMP 图像转换而来的虚拟H&E染色图像。 (F) 纤维组织(很可能是由结缔组织增生引起的)。 (L) 癌细胞周围的淋巴细胞。 (C) 来自大细胞癌的癌细胞。
F
L
C
来自相应区域的真实 H&E 染色图像。 (F) 纤维组织(很可能是由结缔组织增生引起的)。 (L) 癌细胞周围的淋巴细胞。 (C) 来自大细胞癌的癌细胞。
F
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我们的合作伙伴
在 CHAMP 显微镜™ 的开发阶段,PhoMedics 研究团队一直与经验丰富的医生、外科医生和病理学家密切合作。他们的意见和反馈非常宝贵,让我们可以创建符合他们需求的解决方案。我们今天的成就基于与医院以及临床工作者所进行的研究和临床合作。他们的贡献无疑是巨大的,能与他们建立良好的合作伙伴关系,我们非常荣幸。这种良好的合作关系亦会持续多年。
玛丽医院
威尔斯亲王医院
北区医院
参考
[1] 佩雷拉 S、雅各布 S、威尔逊 B 等。铝。全球对癌症手术的需求以及对 2018 年至 2040 年最佳手术和麻醉劳动力的估计:基于人群的建模研究
柳叶刀 Oncol。 2021 年第 22 卷,第 2 期
[2] Zhang, Y., Kang, L., Wong, IHM, Dai, W., Li, X., Chan, RCK, Hsin, MKY and Wong, TTW High-Throughput ,通过计算显微镜和无监督学习进行无标签和无幻灯片组织学成像。高级科学,2021. https://doi.org/10.1002/advs.202102358.
[3] 全球癌症观察站 (GLOBOCAN),2020 年。《今日癌症》,估计 2020 年全球新发病例数,女性,所有年龄段。 [在线] 可在: http://gco.iarc.fr/today
[4] 美国化学学会。 2020. 2019-2020 年乳腺癌事实和数据 [在线]。美国癌症协会。可用: https://www.cancer.org/content/dam/cancer-org/research/cancer-facts-and-statistics/breast-cancer-facts-and-figures/breast -cancer-facts-and-figures-2019-2020.pdf
[5] 美国癌症协会,2019。什么是肺癌? [在线].https://www.cancer.org/cancer/lung-cancer/about/what-is.html
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