中山内镜中心周平红教授课题组与复旦大学物理系季敏标教授团队合作开发飞秒受激拉曼技术用于内镜活检快速病理诊断

2022年07月15日20:47:11 科学 1591

近日,复旦大学附属中山医院内镜中心周平红教授课题组与复旦大学物理系季敏标教授团队合作开发了基于飞秒受激拉曼技术的快速病理成像技术,成功实现了对内镜活检组织的精准实时智能诊断。相关研究成果以《深度学习的单帧飞秒受激拉曼病理显微镜实现胃内镜活检的即时诊断》(“Instant diagnosis of gastroscopic biopsy via deep-learned single-shot femtosecond stimulated Raman histology”)为题在线发表于《自然··通讯》[Nature Communications, 13, 4050 (2022)]。复旦大学物理系刘志杰、敖建鹏博士,复旦大学附属中山医院博士生苏伟博士为共同第一作者,复旦大学物理系季敏标教授,复旦大学附属中山医院内镜中心周平红教授和胡皓博士为共同通讯作者。该成果为周平红教授牵头的上海市卫生计生委智慧医疗专项资助的重要成果,同时也得到了科技部重点研发专项、基金委面上项目复旦大学医工结合项目等基金的支持。

中山内镜中心周平红教授课题组与复旦大学物理系季敏标教授团队合作开发飞秒受激拉曼技术用于内镜活检快速病理诊断 - 天天要闻

图1(a) 胃镜活检组织的受激拉曼成像图示。(b)使用U型深度学习网络从单个飞秒受激拉曼散射图像到一对皮秒受激拉曼散射图像的转换。

在常规胃内镜活检的病理诊断流程中,取下的组织需经过石蜡包埋,切片和染色,耗费数天的时间才能出诊断结果,无法给出与内镜检查匹配的及时诊断信息。受激拉曼散射(SRS)显微技术可以进行快速、无标记的分子成像对生物组织进行多组分探测。前期研究表明通过对蛋白质和脂质这两种生物大分子进行双通道成像,可得到与传统病理(H&E染色)相似的组织学信息,且无需对生物组织标本进行任何处理,有望提供术中实时的病理诊断。然而,目前的受激拉曼成像技术需利用皮秒激光脉冲实现拉曼频谱分辨,并结合波长或脉冲延时调节来实现频谱选择,这大大限制了成像的灵敏度和速度。另一方面,飞秒受激拉曼由于其更高的激光峰值功率,可获得很高的探测灵敏度和速度,但宽谱的飞秒脉冲不具备频谱和分子分辨能力,无法直接用于病理成像。因此,如何从单帧频谱积分的飞秒图像中解析还原出多通道的皮秒分子图像是本项目的关键挑战和创新点。

为攻克这一技术难题,季敏标教授团队利用生物组织内在的的光谱-空间关联性,结合深度学习U-型网络,通过对大量一一对应的飞秒/皮秒组织图像进行训练,实现从单张飞秒图像到脂质/蛋白双通道皮秒图像的完美映射,实现基于飞秒激光脉冲的组织病理学成像(图1)。在此基础之上,周平红教授课题组将深度学习的飞秒受激拉曼成像技术用于胃癌内镜活检组织的快速成像、诊断分类和病理分区分割,实现60秒之内的准实时病理诊断,并揭示组织内的肿瘤异质性(视频1)。

中山内镜中心周平红教授课题组与复旦大学物理系季敏标教授团队合作开发飞秒受激拉曼技术用于内镜活检快速病理诊断 - 天天要闻

视频1. 内镜活检组织的受激拉曼图像揭示出胃癌的空间异质性。

此项研究为简化复杂的受激拉曼成像系统提供了新的解决思路,突破了受激拉曼病理显微镜的速度极限,拓展了光学成像技术的生物医学应用范围,为内镜活检标本的快速诊断提供了全新的方法,也为受激拉曼病理显微镜的临床转化提供新的技术基础。

论文链接:https://doi.org/10.1038/s41467-022-31339-8

科学分类资讯推荐

苹果AI新模型问世:怀孕检测准确率92% - 天天要闻

苹果AI新模型问世:怀孕检测准确率92%

近日,一项由苹果支持的研究在健康预测领域引发关注。7月11日消息,据外媒报道,苹果与美国心脏协会以及哈佛医学院附属布莱根妇女医院合作开发出名为“WBM”的可穿戴行为模型,为健康监测带来了新突破。传统健康监测多依赖心率、血氧等生物特征数据,而
时速 600公里、贴地飞行,我国超导电动高速磁浮列车首次亮相! - 天天要闻

时速 600公里、贴地飞行,我国超导电动高速磁浮列车首次亮相!

每经编辑:杜宇据央视新闻,第十二届世界高速铁路大会正在北京举行,时速达600公里超导电动高速磁浮列车也在本次大会首次亮相。图片来源:央视新闻中车长客股份公司高级工程师介绍:超导电动高速磁浮是通过车载超导磁体与轨道上的线圈相互作用,实现列车与
认识2种丁酸衍生物 - 天天要闻

认识2种丁酸衍生物

丁酸钠与三丁酸甘油酯作为丁酸的衍生物,在动物消化道中被分解成丁酸和其他物质。他们的主要生物学功能来源于丁酸。肠道上皮细胞优先选用丁酸作为能量源。作为一种短链脂肪酸,丁酸在进入小肠后部分以非离子形式被肠道黏膜细胞吸走,直接为肠黏膜细胞生长和增
米东区:这一电化学储能电站项目推进中 - 天天要闻

米东区:这一电化学储能电站项目推进中

(米东区融媒体中心记者:黄鹏报道)7月9日,记者在位于米东区北部沙漠东北部的新疆华电乌鲁木齐光伏基地100万千瓦/400万千瓦时独立新型储能示范项目现场看到,工作人员正在对设备进行吊装调试。该项目总投资约30亿元,是全国单体容量最大的电化学
脑图谱大科学计划时机已来!中国科学家十项成果给大脑绘高清地图 - 天天要闻

脑图谱大科学计划时机已来!中国科学家十项成果给大脑绘高清地图

人类大脑是一个非常复杂的组织,要理解大脑的工作原理首先要了解其中的细胞种类和神经联接规律,近日中国科学家联合发布系列成果给大脑绘制“高清地图”。 7月10日深夜,中国科学家联合发布介观脑图谱系列成果,实现从啮齿类到灵长类大脑的跨越。10项成果以专题论文集的形式集中发表在国际学术期刊《细胞》《神经元》《发育...
国际突破!中大培育光子“双胞胎”,辐射强度达单光子水平 - 天天要闻

国际突破!中大培育光子“双胞胎”,辐射强度达单光子水平

7月9日,《自然》杂志(Nature)在线发表中山大学物理学院王雪华、刘进教授团队主导的最新研究成果。该团队提出了一种全新的腔诱导自发双光子辐射方案,在国际上率先实现与单光子辐射强度相当的自发双光子辐射,研发出保真度高达99.4%的按需触发
微型肝脏,是未来希望,还是科技乌托邦 - 天天要闻

微型肝脏,是未来希望,还是科技乌托邦

文︱陆弃随着全球器官移植需求持续攀升,传统器官捐献严重不足的问题愈发凸显。美国初创企业LyGenesis推出了一个令人振奋的创新方案:通过将供体肝细胞注射至患者体内淋巴结中培育“微型肝脏”,尝试在患者自身体内制造可替代肝脏功能的器官。
“软黄金”冬虫夏草,你真的了解吗? - 天天要闻

“软黄金”冬虫夏草,你真的了解吗?

冬虫夏草千年传承的滋补良药采药人的寻觅自公元780年起冬虫夏草便以其独特的药用价值被载入史册从《藏本草》到《中国药典》均有记载李时珍更将其誉为“人身不老药”赞其兼具虫之阳刚与草之阴柔成为中药中独一无二的“阴阳同补”圣品享有“东方圣草”“药中