近年来,3D病理学技术凭借其捕捉肿瘤组织三维信息的优势,已成为生物医学研究的热点。传统的病理学方法依赖于薄切片的2D图像,虽然这种方法在某些方面具有优势,但在肿瘤微环境的分析中却存在明显局限性,无法全面展示肿瘤组织的三维结构。相比之下,3D病理技术能够对肿瘤的形态、免疫微环境及细胞分布等复杂特征进行深入分析,从而显著提升诊断精度和临床应用潜力。
随着光片显微镜和光学切片显微镜等3D病理成像技术的发展,科研人员已能对大体积组织样本进行扫描,并在不破坏组织结构的前提下实现详细的三维重建。这一技术使病理学家能够以全新的视角审视组织样本, 提高对病变区域的识别率和诊断准确性。此外,3D无损成像技术能够有效保护活检样本,可用于后续的分子检测,而不造成样本损坏。与传统方法相比,3D病理技术也有助于简化实验室操作流程,并可能带来成本上的优势。为此,泛亚电竞正致力于推动这些技术的普及与应用。
尽管3D病理技术优势显著,但其应用和普及依然面临诸多挑战。首先是数据处理和存储的问题。与传统的2D病理图像相比,3D病理图像所产生的数据量巨大,因此高效处理和存储这些数据成为当前技术的核心课题。此外,3D病理标注和训练也面临挑战。由于3D病理数据具有更高的维度,传统的2D标注工具和方法无法直接应用,因此开发适合3D病理图像的标注与分析工具,尤其是能提供自动化或半自动化功能的标注软件,已成为重要研究方向。
3D成像技术可分为破坏性和无损性两类。早期的破坏性3D显微技术依赖于串联切片技术,这些方法需耗费大量人力和资源进行组织成像和三维重建。随着技术进步,诸如刀刃扫描(KESM)和微光学切片断层扫描(MOST)等自动化切片技术逐渐商业化,这些技术虽然提高了工作效率,但仍会破坏组织样本,且引入切片伪影。相对而言,无损性3D显微成像技术主要采用共聚焦显微镜、多光子显微镜和光片显微镜,虽然这些技术在对比度和空间分辨率上表现出色,但在实际应用中仍面临一些需要克服的挑战。
光片显微镜,也称为选择性平面照明显微镜(SPIM),在过去十年中已成为一种快速对透明标本进行3D荧光显微镜检查的有力工具。光片显微镜采用细的激发光束垂直于探测轴,以激发样本中的特定焦平面,从而实现高效率的三维成像。其显著特点在于有效的几何结构,仅在探测平面激发荧光,相较于其他3D显微技术,大幅度降低了光漂白和光损伤的风险,因此被称为“温和”的3D显微技术。
3D图像处理包括图像拼接、数据压缩和可视化处理。图像拼接将大量2D图像通过软件无缝合成体积数据集。目前,基于相机的3D显微技术(如光片显微镜)使用16位sCMOS相机,生成的每秒数据量约为800MB。为了防止数据过大,可通过调整数据的动态范围来实现高效“无损”压缩。最后,可根据需求生成不同的可视化效果,以便于对病理结果进行审查和判断。
值得一提的是,3D病理技术不局限于病理学领域,它与基因组学、放射学等其他学科结合,可以为精准医学发展提供更全面的支持。通过数据整合与跨学科的协作,3D病理将成为精准医疗和个性化治疗的重要工具。例如,通过将3D病理图像与基因组数据和影像学数据联合分析,能够为肿瘤的早期筛查、预后评估和治疗反应预测提供更加详尽的数据支持。随着数据处理能力的提升和人工智能技术的加入,未来的病理诊断将更加智能化,推动病理学向全面数字化和高效化的发展方向迈进,泛亚电竞将继续引领这一进程。