创新背景

临床医疗过程中检查病理通畅会切下小块组织，取活组织切片，用显微镜仔细观察。整个过程涉及切片、染色、观察、分析，最终确定结果。活检样本的过程需要时间，通常几天后才能确定诊断结果。

创新过程

美国哥伦比亚大学的研究团队开发了一种新技术，使用高速3D显微镜MediSCAPE，能够取代传统的活检方法进行实时成像，捕获活组织结构的图像，无需进行活体取样分析病理就可以知道外科医生定位肿瘤及其边界。相关研究成果《高速光片显微镜，用于原位采集活组织的体积组织学图像》发表在2022年3月28日出版的《自然生物医学工程》上。

一些用于手术指导的显微镜只能提供小且单一的2D平面图像，且需要将荧光染料注入患者体内，所用时间限制着观察，使快速检查更大区域的组织和解释结果变得困难。
研究人员根据以往的活检方式和显微镜的运用作出假设，设想在活组织还在体内的时候捕捉其图像，这可以帮助医生实时观察正在研究的组织类型，减少等待时间，帮助肿瘤切除。研究人员表示，切除组织活检样本只是为了让医生弄清楚其中的病理，但对于大脑、脊髓、神经等重要组织，医生很可能错过疾病的重要部位。

新技术是以主要研究人员、哥伦比亚大学祖克曼大脑行为研究所赫伯特和弗洛伦斯·欧文教授一直在研究开发的专门用于研究神经学研究的新型显微镜为基础。这种显微镜可以快速捕捉活体样本的3D图像，比如观察飞行时的小虫子的大脑和身体的神经元在移动时是如何被激活的。新技术的单物镜、光片几何形状和3D成像速度可实现粗纱图像采集，与3D拼接相结合，对大组织区域进行连续分析。
研究团队测试了扫描共聚焦平面激发显微镜（SCAPE）是否能看到小鼠身体组织中的信息。结果在没有使用任何荧光染料的情况下从新鲜的小鼠肾脏中观察到高度类似标准组织学的结构。新型显微镜高效捕捉到活体组织中自然的荧光信号，可以帮助实现快速实时成像整个3D体积，扫描组织的不同区域。在3D切片上研究可以观察到组织的形状结构，这是2D切片做不到的。

通过成像活体组织，研究获得了许多传统切除活组织切片中无法获得的信息，并且可以看到通过组织的血流以及缺血和再灌注的细胞水平效应，MediSCAPE不需要移除和杀死组织就能实现实时观察。

研究团队开发了更小的系统版本，并收集志愿者嘴部接触探针末端时的快速成像，将实验室里的标准显微镜尺寸缩小到可以被外科医生在人体中使用的尺寸。
研究团队从分析小鼠胰腺癌到对人体移植器官的非破坏性快速评估，展现了MediSCAPE的广泛应用能力，下一步将通过更大规模的临床试验将这项技术提升到一个新的水平。

创新价值

帮助从有限的组织样本中获得足够多的信息，了解手术过程中组织的健康状况和血液供应情况，有助于外科医生对组织进行实时观察并作出相关决定，更好地提供更有效的患者护理。