Microscopia este domeniul tehnic al utilizării microscoapelor (instrument de mărire) pentru a vizualiza obiecte și zone ale obiectelor care nu pot fi văzute cu ochiul liber (obiecte care nu se află în intervalul de rezoluție al ochiului normal).17 Microscopul este un dispozitiv care utilizează o lentilă sau un sistem de lentile pentru a produce o imagine foarte mărită a unui obiect. Microscopia modernă folosește acum softuri precum ImageJ, CellProfiler, NeuronStodio pentru a achiziționa și analiza imaginile.1
Există două ramuri ale microscopiei.1,18
- Microscopul de lumină (microscopul simplu, microscopul compus, microscopul de disecție (microscopul stereo), microscopul de comparație, microscopul inversat, microscopul chirurgical și microscopul digital.
- Microscop electronic (microscop electronic de transmisie și de scanare)
Microscop luminos
Acesta se mai numește și microscop optic, este un tip de microscop care folosește lumina vizibilă și un sistem de lentile pentru a mări imaginile mostrelor mici. 17 Microscoapele optice sunt cel mai vechi model de microscop și este posibil să fi fost inventate în forma lor compusă actuală în secolul al XVII-lea. Microscoapele optice de bază pot fi foarte simple, deși există multe modele complexe care au ca scop îmbunătățirea rezoluției și a contrastului probei, cum ar fi microscopul compus, microscopul de disecție și microscopul chirurgical.19 Microscoapele moderne permit mai mult decât simpla observare a imaginii cu lumină transmisă a unei probe; există multe tehnici care pot fi utilizate pentru a extrage alte tipuri de date. Cele mai multe dintre acestea necesită echipamente suplimentare în plus față de un microscop compus de bază.17 Microscopia optică este utilizată pe scară largă în histologie, histopatologie, microelectronică, nanofizică, biotehnologie, cercetare farmaceutică, mineralogie și microbiologie.20
Microscop simplu: Un microscop simplu utilizează o lentilă sau un set de lentile pentru a mări un obiect doar prin mărire unghiulară, oferind privitorului o imagine virtuală mărită în erecție.21 Utilizarea unei singure lentile convexe sau a unor grupuri de lentile se regăsește încă în dispozitivele simple de mărire, cum ar fi lupa, lupele și ocularele pentru telescoape și microscoape.22
Microscop compus: Un microscop compus utilizează o lentilă (obiectiv) aproape de obiectul care este vizualizat pentru a colecta lumina care focalizează o imagine reală a obiectului în interiorul microscopului. Această imagine este apoi mărită de o a doua lentilă sau un al doilea grup de lentile (numit ocular) care oferă privitorului o imagine virtuală inversată mărită a obiectului.18 Utilizarea unei combinații obiectiv compus/obiectiv permite o mărire mult mai mare (până la 1000-2000 de ori) (figura 7). Un microscop compus permite, de asemenea, configurații de iluminare mai avansate, cum ar fi contrastul de fază.21,22
Figura 7 O fotografie a unui microscop compus.23
Microscop stereo: Un microscop stereo este un microscop cu putere redusă care oferă o vedere stereoscopică a unei probe (mărire de până la 100 de ori), utilizat în mod obișnuit pentru disecție (figura 8).18
Figura 8 O fotografie a unui microscop stereo.24
Microscop inversat: pentru studierea probelor de jos; util pentru culturile de celule în lichid sau pentru metalografie (figura 9).18
Figura 9 O fotografie a unui microscop inversat.25
Microscop de comparație: Este un dispozitiv utilizat pentru a analiza specimene alăturate. Acesta constă din două microscoape conectate printr-o punte optică, ceea ce are ca rezultat o fereastră de vizualizare divizată care permite vizualizarea simultană a două obiecte separate. Are două căi de lumină separate care permit compararea directă a două eșantioane prin intermediul unei imagini în fiecare ochi (figura 10). Acest lucru evită ca observatorul să fie nevoit să se bazeze pe memorie atunci când compară două obiecte la un microscop convențional.27
Figura 10 O fotografie a unui microscop de comparație.26
Microscop digital: Este o variantă a unui microscop optic tradițional care utilizează optica și o cameră digitală pentru a emite o imagine pe un monitor, uneori prin intermediul unui software care rulează pe un computer.20 Un microscop digital are adesea propria sursă de lumină LED încorporată și diferă de un microscop optic prin faptul că nu există nicio prevedere pentru a observa proba direct printr-un ocular. Deoarece imaginea este focalizată pe circuitul digital, întregul sistem este proiectat pentru imaginea de pe monitor (figura 11). Ocularul pentru ochiul uman este omis. 20
Figura 11 O fotografie a unui microscop digital. 28
Microscop chirurgical: Sunt utilizate pentru a spori puterea de mărire a chirurgului (de până la 4-40 de ori) în timpul intervențiilor chirurgicale.29 Au fost folosite inițial pentru chirurgia urechii, a nasului și a gâtului. Cu toate acestea, ele continuă să stabilească noi standarde în chirurgia generală, oftalmologia, chirurgia ortopedică, chirurgia ginecologică, otorinolaringologia, neurochirurgia, chirurgia orală și maxilo-facială, chirurgia plastică, chirurgia podiatrică și chirurgia pediatrică (figura 6).29
Microscop electronic
Designul general al unui microscop electronic este similar cu cel al unui microscop optic. Lumina este înlocuită cu electroni, lentilele din sticlă sunt înlocuite cu lentile electromagnetice și electrostatice. Microscoapele electronice au sisteme de lentile optice electronice care sunt analoage cu lentilele de sticlă ale unui microscop optic de lumină, există două tipuri majore de microscoape electronice; microscopul electronic de transmisie (TEM) și microscopul electronic de scanare (SEM), dintre care TEM este cel mai frecvent utilizat (figura 12).22 Cel mai mare avantaj este că au o rezoluție mai mare decât microscopul de lumină și, prin urmare, sunt, de asemenea, capabile de o mărire mai mare (până la 2 milioane de ori).31 Microscoapele electronice permit vizualizarea structurilor care, în mod normal, nu ar fi vizibile prin microscopie optică.32 Microscoapele electronice sunt utilizate pentru a investiga ultrastructura unei game largi de specimene biologice și anorganice, inclusiv microorganisme, celule, molecule mari, probe de biopsie, metale și cristale (figura 13).31 Microscoapele electronice moderne produc micrografiile electronice utilizând camere digitale specializate și dispozitive de captare a cadrelor pentru a capta imaginea.
Figura 12 O fotografie a unei imagini de microscop electronic.30
Figura 13 O fotografie a unui țesut osos la microscopul electronic, care arată canalul harversian (H) și Lacuna (L).37
Microscopul electronic de transmisie (TEM)
Microscopia electronică de transmisie este o tehnică dezvoltată pentru a obține mărirea și, prin urmare, detalii ale unui specimen, la un nivel mult mai bun decât microscoapele optice convenționale.34,35 În TEM, un fascicul de electroni trece printr-un specimen ultra-subțire, interacționând cu specimenul pe măsură ce trece prin el. O imagine este formată din interacțiunea electronilor transmis prin specimen; imaginea este mărită și focalizată pe un dispozitiv de formare a imaginii, cum ar fi un ecran fluorescent, pe un strat de film fotografic sau pentru a fi detectată de un senzor, cum ar fi o cameră CCD.2 În TEM, electronii pătrund într-un specimen subțire și sunt apoi captați de lentilele corespunzătoare, în mare analogie cu microscopul biologic cu lumină.22 TEM cuprinde: sistem de iluminare, stativ pentru specimen, sistem de formare a imaginii și sistem de vid. Microscopia electronică de transmisie este o metodă analitică majoră în științele fizice, chimice și biologice. TEM își găsește aplicații în cercetarea cancerului, în virusologie și în știința materialelor, precum și în cercetarea în domeniul poluării, al nanotehnologiei și al semiconductorilor.36
Microscopul electronic cu scanare (SEM)
Un microscop electronic cu scanare, are o structură similară cu cea a TEM, dar coloana este considerabil mai scurtă, deoarece singurele lentile necesare sunt cele de deasupra specimenului folosite pentru a focaliza electronii într-un punct fin pe suprafața specimenului.37 Nu există lentile sub specimen. Pe de altă parte, camera specimenului este mai mare, deoarece tehnica SEM nu impune nicio restricție asupra dimensiunii specimenului, alta decât cea stabilită de dimensiunea camerei specimenului.38 SEM produce imagini ale unui eșantion prin scanarea suprafeței cu un fascicul focalizat de electroni. Electronii interacționează cu atomii din eșantion, producând diverse semnale care conțin informații despre topografia și compoziția suprafeței eșantionului.39 Fasciculul de electroni este scanat după un model de scanare raster, iar poziția fasciculului este combinată cu semnalul detectat pentru a produce o imagine. SEM poate atinge o rezoluție mai bună de 1 nanometru.40
Ultrasonografia
Ultrasonografia este, de asemenea, denumită studiu Doppler sau scanare cu ultrasunete utilizată pentru diagnosticul medical, este o tehnică nedureroasă și neinvazivă care utilizează un aparat cu ultrasunete cu unde sonore silențioase de înaltă frecvență (1 până la 5 megahertzi) pentru a produce imagini în direct ale structurilor interne ale corpului, cunoscută și sub numele de sonogramă. Aceasta permite medicilor să vizualizeze organele sau țesuturile bolnave sau normale (cum ar fi vezica urinară, uterul, rinichii și ovarele) din interiorul corpului fără a face o incizie. Ecografia este tehnica medicală recomandată pentru vizualizarea fătului la femeile/animalele gravide, deoarece nu produce radiații ca alte tehnici de imagistică medicală.2
Tehnica ecografică implică utilizarea unui gel lichid și a unei sonde transductoare ținute în mână pe suprafața corpului. Sonda care conține transductorul acustic trimite și primește milioane de impulsuri și ecouri în corp pe secundă. Undele acustice pătrund în corp și ating o limită între țesuturi (de exemplu, țesut moale și os), undele sunt reflectate înapoi la sonda transductorului și apoi transmise la unitatea centrală de procesare (CPU) (figura 14-16). CPU este o mașină care furnizează energie electrică transductorului, calculează timpul de reflexie al undei și adâncimea interfeței dintre țesuturi care provoacă unda, astfel încât să construiască o imagine bidimensională pe monitor. Procedura necesită, de obicei, un minim de 30 de minute.41,42
Figura 14 O fotografie a unui ecograf.41
Figura 15 O fotografie o hernie intrascrotală.41
Figura 16 O fotografie o imagine ecografică a unei hernii intrascrotale.41
Acestea sunt diferitele tipuri de imagini ecografice
Imagine ecografică 2D: Acesta este cel mai comun tip de imagine ecografică, este o serie de imagini plate, bidimensionale de secțiune transversală a țesutului scanat. Acest mod de scanare este încă standard pentru multe situații diagnostice și obstetricale după o jumătate de secol de utilizare.43-46
Imagine ecografică 3D: Aceasta este o imagine tridimensională (3D), obținută dintr-o secțiune transversală a țesutului scanat din mai multe unghiuri, iar datele primite sunt reconstruite într-o imagine tridimensională. Această ecografie este utilizată în mod obișnuit pentru a oferi o sonogramă (imagine) mai completă și mai realistă a fătului și în diagnosticarea buzei despicate.44-47
Imaginea ecografică 4D: utilizează unde sonore pentru a produce o înregistrare video în direct a fătului în uter.43-46 Ecografia 3D și 4D produce imagini realiste ale unui făt în mișcare sau în curs de dezvoltare în uter, care nu pot fi văzute cu ușurință într-o imagine ecografică 2D.43-46
O imagine ecografică Doppler: Tehnica implică utilizarea undelor sonore reflectate pentru a dezvălui modelul și modul de curgere a sângelui în interiorul vasului de sânge, acest lucru nu poate fi văzut într-o imagine cu ultrasunete 2D, 3D și 4D. Ecografia Doppler poate fi utilizată în diagnosticarea mai multor anomalii ale inimii și ale vaselor de sânge, cum ar fi insuficiența venoasă, stenoza arterelor, cheagurile de sânge, anevrismele și bolile congenitale ale inimii. În timpul unei ecografii Doppler, transductorul este deplasat pe piele de-a lungul vaselor de sânge pentru a trimite și reflecta undele sonore, undele sonore de înaltă frecvență ricoșează în celulele sanguine aflate în circulație, ceea ce, în schimb, modifică frecvența undelor reflectate, ceea ce se numește efect Doppler, iar în absența fluxului sanguin, nu apar modificări ale undelor sonore reflectate. Datele provenite din undele sonore reflectate cu efect Doppler sunt utilizate pentru a construi un grafic care să reprezinte modelul și modul de curgere a sângelui prin vasele de sânge de pe CPU. Există trei tipuri de ecografie Doppler și anume; Doppler color, Doppler spectral și Doppler de putere.43-46
Doppler color: Acest tip de ecografie folosește ecografia tradițională 2D pentru a crea imaginea unui vas de sânge și folosește un computer pentru a schimba undele sonore Doppler în culori care reprezintă direcția și viteza fluxului sanguin pe imaginea vasului de sânge.43-46
Power doppler: Acesta este un tip mai sensibil de Doppler color care este utilizat pentru a genera detalii ale fluxului sanguin într-un organ solid care nu poate fi vizualizat cu ajutorul unui Doppler color convențional. Cu toate acestea, este imposibil să se vizualizeze direcția fluxului sanguin cu ajutorul ecografiei cu power Doppler. 43-46
Spectra doppler: Acesta este un tip de ultrasunete care utilizează un grafic pentru a reprezenta fluxul și direcția sângelui. Este capabil să arate gradul de blocaj într-un vas de sânge.43,45
Doppler cu unde continue: Această ecografie utilizează unde sonore care sunt trimise și reflectate continuu. Acest tip de unde sonore sunt folosite pentru a detecta blocajele din vasele de sânge și pentru a măsura cu precizie sângele care curge rapid.43-46
Radiografia
Este cea mai veche și cea mai comună tehnică de diagnostic imagistic.3 Este o tehnică neinvazivă ca și ultrasonografia, însă folosește o cantitate foarte mică de radiații ionizante sau neionizante (raze X) generate de un aparat cu raze X pentru a produce o imagine latentă a structurilor interne ale corpului pe un film cu raze X (radiografie proiecțională). Un aparat cu raze X poate fi fix, mobil sau portabil (figura 17-19).48-51 În timpul radiografiei, razele X sunt direcționate către corp, permițându-le să treacă prin organul țintă și apoi sunt captate în spatele filmului plat cu raze X pentru a produce o imagine 2D (figura 20). Examinarea cu raze X se poate face cu sau fără un mediu de contrast (cum ar fi bariu sau iod), în funcție de densitatea organului care urmează să fie examinat. Radiografia poate fi utilizată în diagnosticarea mai multor afecțiuni, cum ar fi fracturile osoase și cancerul, tumorile mamare și tuberculoza.48 Există unele riscuri asociate cu expunerea excesivă la raze X, cum ar fi cancerul, căderea părului și arsurile cutanate. Dar, în majoritatea cazurilor, beneficiile depășesc riscurile.3,52
Figura 17 O fotografie a unui aparat fix cu raze X.3
Figura 18 O fotografie a unui aparat mobil cu raze X.48
Figura 19 O fotografie a unui aparat portabil cu raze X.48
Figura 20 O radiografie a unei fracturi de humerus mijlociu.3
Tomografia computerizată (CT)
O tomografie computerizată (CT) este un tip de radiografie care utilizează, de asemenea, raze X, spre deosebire de radiografia prin proiecție, tomografia computerizată utilizează o cantitate mai mare de raze X și oferă o imagine 3D mai detaliată, totuși, în ultimii ani, unele tomografii computerizate au fost dezvoltate pentru a utiliza o cantitate mai mică de raze X. Aparatul CT cuprinde un tomograf în formă de gogoașă, o masă, un tub cu raze X, un detector de raze X și un computer (figura 21).54,55 Pacientul se întinde pe masă înainte de a aluneca în tomograful CT, tubul cu raze X și camera se deplasează în jurul pacientului la 360° pentru a scana și a produce o imagine multiplă a organelor interne ale corpului, în funcție de organul de interes poate fi administrat un material de contrast fie prin gură, fie prin rect, fie injectat în venă pentru a evidenția organul scanat.55 Scanarea este efectuată într-o sală de calculator separată, unde imaginile sunt afișate, iar tehnologul comunică cu pacientul cu ajutorul difuzoarelor și microfoanelor.56 Avantajul major al tomografiei computerizate este obținerea rapidă de imagini diagnostice mai clare ale unei proporții mai mari a corpului.56,57
Figura 21 Fotografia unui leu supus unei tomografii computerizate.53
Există tomografe CT veterinare specializate, cum ar fi tomograful CT veterinar reîncărcabil, acest tomograf este echipat cu o cabină cu raze X pentru a permite medicului veterinar să rămână aproape de animal în timpul scanării, ca atare nu este necesară o cameră separată ca în cazul tomografiei CT umane convenționale (figura 22).57 În timpul scanării, animalul va fi anesteziat și monitorizat, așezat și susținut pe o masă mobilă înainte de a fi glisat în scanerul CT (figura 23).60,61
Figura 22 O fotografie a unui scaner CT veterinar reîncărcabil pentru animale mici.58
Figura 23 Tomografie computerizată a abdomenului superior care arată metastaze multiple în ficat la un pacient cu carcinom al intestinului gros (săgeată neagră).59
Imagistica prin rezonanță magnetică (IRM)
Imagistica prin rezonanță magnetică (IRM) este o tehnică de diagnostic imagistic nedureroasă, neinvazivă, care utilizează un câmp magnetic puternic și unde radio pentru a crea o imagine 3D a organelor interne ale corpului. RMN nu implică radiații, așa cum se observă în radiografie (radiografie cu proiectile, CT și PET).4 Aparatul RMN are un aspect similar cu cel al CT și PET, deși tehnica durează mai mult timp și face un zgomot mai puternic (figura 24).5,61,63
Figura 24 O fotografie a unui scaner RMN.62
În timpul scanării, pacientul (cu sau fără substanță de contrast) stă întins pe o masă care alunecă în tubul care conține un magnet mare care generează un câmp magnetic și unde radio în jurul corpului pacientului, ceea ce permite țesuturilor din corp să vibreze. Aceste vibrații sunt convertite în imagini detaliate pe calculator (figura 25).5
Figura 25 Imaginea RMN a creierului.5
Tomografia prin emisie de pozitroni (PET)
PET este o tehnică de imagistică funcțională 3D, Spre deosebire de CT și de razele X, demonstrează activitățile fiziologice ale țesuturilor și organelor din corp cu ajutorul unui radiotrasor (18F-FDG). Calea de administrare (orală, venoasă sau nazală) a radiotrasorului depinde de țesutul sau organul de interes.64 Radiotrasorul injectat se concentrează în interiorul unui țesut care este afișat pe un computer sub forma unei imagini 3D. Aparatul este similar cu CT și RMN, iar imaginile scanării PET moderne pot fi combinate cu scanările CT sau RMN pentru a crea o vedere unică (figura 26).66
Figura 26 O fotografie a unui aparat PET.65
Scanarea PET este utilizată în principal în studiul și diagnosticarea tumorilor și a tulburărilor asociate cu creierul și inima. Tehnica este, de asemenea, nedureroasă și neinvazivă, însă nu este recomandată femeilor însărcinate, mamelor care alăptează din cauza radiațiilor emise de radiotrasorul 18F-fluoro-2-deoxiglucoză (18F-FDG) (tabelul 1). Imaginea PET este o imagine colorată care arată zonele cele mai active ale organului sau țesutului, în funcție de cantitatea de radiotrasori pe care acesta a absorbit-o (figura 27).5,68-70
Figura 27 Imaginea PET a scanării creierului.67
|
Tehnici de imagistică |
Mașini/dispozitive |
|
|
Fotografie |
Camera foto pe film |
|
|
Camera digitală |
||
|
Microscopie |
Microscop luminos: Microscop simplu, microscop compus, microscop stereo, microscop digital și microscop chirurgical |
|
|
Microscop electronic: Microscop electronic de transmisie (TEM) și microscop electronic de scanare (SEM) |
||
|
Ultrasunete |
Ultrasunete 2D |
|
|
3D Ecografie |
||
|
4D Ecografie |
||
|
Ecografie Doppler: Doppler color, Power DOPPLER, Doppler spectral și Doppler continuu |
||
|
Radiografie |
Mașină cu raze X fixă |
|
|
Mașină cu raze X mobilă |
||
|
Mașină cu raze X portabilă |
Mașină cu raze X portabilă.radiografii |
|
|
Tomografie computerizată (CT) |
Scaner CT uman |
|
|
Scaner CT veterinar |
||
|
Imagistică prin rezonanță magnetică (RMN) |
Scaner RMN |
|
|
Scaner de tomografie cu emisie de pozitroni (PET) |
Scaner PET |
Tabelul 1 Un rezumat al tehnicilor de imagistică
.