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数字病理的未来:尊龙凯时人生就博推动透明化3D病理技术的发展与应用

发布时间:2025-03-03   信息来源:尊龙凯时官方编辑

近年来,3D病理学技术凭借其能够捕捉肿瘤组织立体信息的优势,逐渐成为生物医学研究的重点领域。传统的病理学方法主要依赖于薄切片的2D图像,虽然这种方式具有一定优势,但在肿瘤微环境分析中存在明显的局限性。2D切片无法全面展现肿瘤组织的三维结构,而尊龙凯时人生就博所倡导的3D病理技术则能够深入分析肿瘤的形态、免疫微环境、细胞分布等复杂特征,从而显著提升诊断精度和临床应用前景。

数字病理的未来:尊龙凯时人生就博推动透明化3D病理技术的发展与应用

3D病理成像技术,例如光片显微镜和光学切片显微镜,现已能够扫描大体积组织样本,并在不破坏组织结构的情况下提供详细的三维重建。这种技术为病理学家提供了全新的视角,不仅提高了病变区域的识别率,还增强了诊断的准确性。与此同时,3D无损成像技术确保了珍贵的活检样本可以用于后续的分子检测,而不损坏样本,相较于传统方法,3D病理还能够简化病理实验室的操作流程,并具备潜在的成本优势。

尽管3D病理技术具备诸多优势,但其应用与推广仍面临不少挑战。首先,数据处理和存储的问题不容忽视。3D病理图像的数据量远大于传统2D病理图像,如何高效处理和存储如此庞大的数据,是当前技术所面临的主要难题。此外,3D病理的标注与训练也需克服障碍。由于3D病理数据维度增高,传统2D标注工具和方法难以直接应用,因此开发适合3D病理图像的自动化或半自动化标注工具,已成为研究的重要方向之一。

3D成像技术一般可分为破坏性3D显微技术和无损性3D显微技术。其中,早期的破坏性3D显微技术依赖串联切片技术,这些技术通常需要大量资金和人力来处理切片组织并进行3D重建。随着技术进步,一些自动化的串联切片方法,如刀刃扫描(KESM)和微光学切片断层扫描(MOST),的确改善了工作流程,并已在商业上应用于提供3D病理数据,但这些方法依然会对组织样本造成损害,并引入切片伪影。

在无损3D显微成像技术中,主要使用共聚焦显微镜、多光子显微镜及光片显微镜。尽管共聚焦和多光子显微镜可以提供卓越的对比度和空间分辨率,实际应用中依然面临诸多挑战。例如,这类显微镜通常采用逐点成像的方式,需在三个维度上实现空间扫描,以生成体积图像,这常常导致机械复杂性增加,扫描速度变慢。因此,共聚焦和多光子显微镜更适合于小样本或对精度要求较高的样本。

过去十年,光片显微镜(亦称选择性平面照明显微镜)已成为对相对透明标本进行快速3D荧光检查的热门技术。光片显微镜垂直于探测轴照射细激发光束,仅激发样本中选定的焦平面(即“光学切片”),结合高灵敏度的sCMOS探测器阵列可快速获取2D图像,通过样本(或光片)扫描,即可迅速生成3D数据集。光片显微镜的一大特色是其高效的几何结构,仅在探测平面内激发荧光,相较于其他3D显微技术,显著降低了光漂白和光损伤,因此被誉为“温和”的3D显微技术。

3D图像处理主要涉及图像的拼接、数据压缩与可视化处理。图像拼接是处理的第一步,需利用Imaris等软件将大量2D图像无缝拼接成体积数据集。目前,基于相机的3D显微技术,包括光片显微镜,采用16位sCMOS相机生成的数据量可达每秒800MB。为处理数据量,应通过动态范围的窗体化,去除低端噪声和未使用的像素电容,实现高效的“无损”压缩。最终,可根据需求形成不同的可视化效果,例如体积渲染或2D横截面视图,便于进行病理结果的审查和判断。

3D病理技术的应用并不局限于病理学领域,其与基因组学、放射学等其他学科的结合,可以为精准医学的发展提供更为全面的支持。通过跨学科的数据整合与合作,3D病理有望成为精准医疗和个性化治疗的重要工具。例如,将3D病理图像与基因组数据和影像学数据开展联合分析,可以为肿瘤的早期筛查、预后评估及治疗反应预测提供更为全面的数据支持。随着数据处理能力的提升和人工智能技术的融入,未来的病理诊断将更加智能化,推动病理学向全面数字化与高效化的方向发展,而尊龙凯时人生就博正是这一进程中的积极参与者。