中文

English

数字病理的未来:尊龙凯时引领透明化3D病理技术的发展与应用展望

发布时间:2025-03-13   信息来源:尊龙凯时官方编辑

近年来,3D病理学技术凭借其捕捉肿瘤组织立体信息的优势,逐渐成为生物医疗领域的重要研究方向。传统的病理学方法依赖于薄切片的2D图像,虽然这种方法有其独特的优势,但在分析肿瘤微环境时却存在明显的局限性,2D切片无法全面展示肿瘤组织的三维结构。而3D病理技术则能够深入分析肿瘤的形态、免疫微环境及细胞分布等复杂特征,从而显著提升诊断精度及临床应用潜力。

数字病理的未来:尊龙凯时引领透明化3D病理技术的发展与应用展望

尊龙凯时在3D病理成像技术方面的研究也在不断深入,光片显微镜和光学切片显微镜等技术已能够对大体积组织样本进行详细扫描,并在不破坏组织结构的情况下实现细致的三维重建。这使得病理学家可以以全新的视角审视组织样本,从而提高对病变区域的识别率和诊断准确性。此外,3D无损成像技术能够确保宝贵的活检样本在后续分子检测中不受损害,相较于传统方法,3D病理简化了病理实验室的操作流程并具有潜在的成本优势。

尽管3D病理技术展现了显著的优势,但其应用与普及面临不少挑战。首先是数据处理和存储的难题。与传统的2D病理图像相比,3D病理图像数据量庞大,如何高效处理和存储这些海量数据成为当前技术亟须解决的核心问题。此外,3D病理的标注与训练也存在难点。鉴于3D数据的高维特性,传统的2D标注工具和方法无法直接适应。因此,开发能自动化或半自动化的3D病理图像标注与分析工具是未来研究的重要方向。

常见的3D成像技术可分为破坏性与无损性3D显微技术。破坏性3D显微技术早期依靠破坏性串联切片技术,需要耗费大量的资源进行组织成像并进行3D重建。随着技术的发展,自动化串联切片方法如刀刃扫描和微光学切片断层扫描显著提高了工作效率,虽然这类方法仍存在损坏组织样本的风险,并可能引入切片伪影。相比之下,无损性3D显微成像技术以共聚焦显微镜、多光子显微镜及光片显微镜为主,解决了许多在实际应用中面临的挑战。虽然共聚焦和多光子显微镜以点扫描方式生成图像,增加了机械复杂性且速度较慢,但其在小样本或对精度要求较高的样本成像方面仍表现出色。

在过去十年,光片显微镜(也称选择性平面照明显微镜)已经成为对相对透明标本进行快速3D荧光显微检查的先进技术。光片显微镜通过细小的激发光束垂直照射样本,仅激发感兴趣的局部焦平面(“光学切片”)。这种系统利用高灵敏度的sCMOS探测器阵列,从样本中获取2D图像,通过扫描样本迅速形成3D数据集。光片显微镜的高效几何结构使其在探测平面内仅激发荧光,显著减少光漂白和光损伤,因此被认为是“温和”的3D显微技术。

3D图像处理包含图像拼接、数据压缩及可视化处理。图像拼接是处理的第一步,通过软件如Imaris将大量2D图像无缝拼接成体积数据集。当前,基于相机的3D显微技术(包括光片显微镜)使用的16位sCMOS相机每秒生成约800MB的数据。为了应对这一庞大数据量,可通过动态范围窗口化技术去除低端噪声和未用像素,实现较高的“无损”压缩。最后,根据需求,可以生成不同的可视化效果,如体积渲染或2D横截面视图,以便于对病理结果的审查。

3D病理技术不仅限于病理学,它与基因组学、放射学等其他学科的结合,将为精准医学的发展提供更全面的支持。通过跨学科的数据整合与合作,3D病理将成为精准医疗和个性化治疗的重要工具。将3D病理图像与基因组数据、影像学数据联合分析,可以有效提升肿瘤的早期筛查、预后评估及治疗反应预测的精确度。随着数据处理能力的提升和人工智能技术的不断融入,未来的病理诊断将更加智能化,推动生物医疗行业向全面数字化与高效化方向发展。