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大脑
 

大脑

光学元件与脑部诊断发展

大脑是人体内最强大的器官。它是我们神经系统的中心,控制着我们所有自愿和非自愿的身体机能。大脑控制所有其他器官机能,产生肌肉活动,并控制荷尔蒙的分泌。从简单的反射到复杂的感官输入,全都由大脑及其数十亿的神经元始终控制着。由于光学元件和医学诊断方面的进步,人们现在比以往任何时候都更好地理解了每个神经元和神经胶质细胞如何相互作用,但是如何将数以百万计的神经网络作为一个单一整体来执行复杂的任务仍然是研究人员的未解之谜。现在有比以往更多的工具可用于对脑切片进行成像,并利用侵入性较小的光纤耦合成像系统来了解大脑如何在电、化学和物理上起作用。脑切片成像和纤维耦合成像系统的关键组件是远场校正的复消色差显微镜物镜,具有高放大倍率和高数值光圈。

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Blood and Optics

脑部疾病

以下列出了由先进的诊断技术(例如荧光显微镜)检测到的常见脑部疾病。显微镜物镜和其他光学元件的改进使这些疾病更容易被检测和治疗。

中风

大脑供血中断引发的病情,导致身体一侧肌肉无力、无法控制面部肌肉、麻木和语言障碍。

阿尔茨海默病

渐进性和无法治愈的老年痴呆症,会破坏记忆和其他重要的心理机能,随着时间缓慢加重。

帕金森病

无法治愈、影响运动的中枢神经系统(CNS)疾病,包括无法控制的颤抖。

亨廷顿病

无法治愈的遗传疾病,导致大脑神经细胞随着时间的推移而分解,引发急速的肉体动作,最终无法说话。

脑膜炎

通常由感染引起的脑和脊髓膜的严重炎症,会导致发烧、头痛和颈部僵硬。

癫痫

以复发性痉挛发作为特征的病症,主要是由于脑中异常和增加的电活动。

脑震荡

最常见类型的创伤性脑损伤,由重度撞击引发,导致脑部在头骨内震动或移动。

脑肿瘤

脑部异常细胞的癌性或非癌性生长,有多种严重程度和类型,包括星形细胞瘤、胚细胞瘤、室管膜瘤和脑膜瘤。

诊断技术

有多种诊断技术可用于检查、诊断和治疗脑部疾病,包括激光显微镜、光遗传学和CLARITY技术。

GFP

绿色荧光蛋白(GFP)是一种特别的蛋白质,由一组特定的氨基酸组成,暴露于紫外线/蓝光下会呈现绿色。它可以从从海洋生物中提取,最常见的激发波长为395nm至475nm,发射峰值从509nm到525nm。 GFP广泛应用于非侵入性荧光成像系统,以检测肿瘤生长,凋亡和其他细胞活性。

光遗传学

这是一种使用光来控制活体组织中的细胞的生物技术,大多数情况下,光感受器可以对神经元进行基因改造,而这些光感受器会对不同的波段做出反应。

CLARITY

这是一种使用水凝胶使脑组织透明化的方法。配合抗体或生物标志物,可以得到和研究有关脑部核结构的详细图片。

GCaMP

一种用于脑成像的遗传编码钙指示剂。 GCAMP类似于绿色荧光蛋白(GFP),钙调蛋白和肌球蛋白肽序列的融合。

大脑映射

神经科学技术旨在以空间表征的方式映射和罗列出大脑的结构或特性。换句话说,通过成像技术了解大脑,脊柱和中枢神经系统的解剖结构和功能。

膜片钳

研究神经元、心肌细胞、肌纤维和其他细胞中单个和多个离子通道的电生理技术。

激光显微镜

显微镜技术,如荧光、共焦、多光子和超分辨率显微镜,用于研究脑切片中的突触、神经元和神经回路。

Diagnostic Techniques

技术示例:荧光共焦显微镜

荧光显微镜是用于研究突触结构(包括树突棘和轴突终端)的功能或形态学动力学、以及表征电路连接和动态特征的主要技术之一。通常,激光束被聚焦到针孔中,充当点光源照明器。空间滤波的光被二向色滤光片反射,可能需要也可能不需要扩束器来填充物镜的整个孔径。然后,物镜将激发能量聚焦到样品上,发射相同物镜收集的较弱的荧光信号。该发射光通过二向色滤光片透射到次级管透镜中,然后通过最后的针孔,被CCD或CMOS传感器检测到。理想情况下,两个针孔都位于光轴上的共轭图像平面上,这样可以使图像在物体平面上完美重叠。由于共焦显微镜观察的是物体平面上非常薄的小点,因此通过扫描系统或电动致动器采样光来采集图像阵列非常重要。这些图像之后会重建成2D或3D图像。

Flow Cytometry
图1: 荧光显微镜的基本光学滤光装置

荧光显微镜:带成像滤光片的内联照明

了解更多关于如何组装荧光显微镜系统的信息。

无限共轭管长度计算器

使用物镜焦距、物镜数值孔径、管透镜入射光瞳直径、管透镜焦距和传感器尺寸,确定无限共轭显微镜系统中用于覆盖特定图像传感器尺寸而无光晕的最大管长度。

产品亮点

多元素物镜对于任何显微镜技术都至关重要,包括许多脑部诊断技术。了解不同类型的物镜非常重要,可以确保您在应用中使用正确的物镜。

Finite Conjugate Objectives

有限共轭物镜

有限共轭物镜是一种不需要第二透镜就能将光线聚焦到样品上的显微镜物镜。它们通常针对可见光谱使用进行了优化,最多包含四个透镜元件。

图2: 有限共轭显微镜设计

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Infinity Corrected Objectives

远场校正物镜

远场校正物镜是能远场聚焦的显微镜物镜。远场校正物镜具有长工作距离,而且能将光学透镜及光学滤光片置于光学路径中。远场校正物镜比有限共轭物镜的分辨率更高,但更重且更昂贵。

图3(左): 无限共轭(远场校正)显微镜设计

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了解远场校正物镜分辨能力与放大率

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使用带远场校正物镜的管透镜

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Reflective Objectives

反射物镜

反射物镜是一种显微镜物镜,利用两面反射镜成像或将激光聚焦在显微镜应用中,需要在宽光谱范围内进行色差校正。

图4: 剖析反射物镜

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反射物镜简介

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严苛应用需要反射物镜

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Achromatic Objectives

消色差物镜

消色差物镜是显微镜物镜,用于校正红色和蓝色波长的色差,以及绿色波长的球面像差。消色差物镜比复消色差物镜更轻、更便宜,但对色差、球面像差和场平坦度的校正作用不大。

图5: 复消色差(左)和消色差(右)物镜设计

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Apochromatic Objectives

复消色差物镜

复消色差物镜是显微镜物镜,在宽波长范围(可见光到近红外光)中具有比消色差物镜更好的色彩校正,以及更好的球面校正和场平坦度。但是,复消色差物镜比消色差物镜更重,也更昂贵。

图6: 复消色差(左)和消色差(右)物镜设计

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爱特蒙特光学的脑部诊断使命

  • 设计并制造光学元件以改善全球的脑部健康状况
  • 促进光学系统发展,以正确诊断世界各地被忽视和逐渐多发的脑部疾病,如中风、阿尔茨海默病、帕金森病、亨廷顿病、脑膜炎、癫痫和脑肿瘤
  • 为内科医生、神经病学家、护士或技师带来易于使用的光学设备,以便按下按钮即可快速准确地进行诊断
  • 研发创新的光学组件,以发展供无法享受现代医疗保健的贫困地区或群体使用的医疗站设备
  • 推动非侵入性光学诊断技术,以减轻脑部疾病为一般健康带来的全球负担
 
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