A til C viser perler på et objektglas afbildet af et bulkmikroskop. D til F er perlerne, når de ses fra et konventionelt linsebaseret mikroendoskop. G til I er de rå billeder fra forskerholdets nye ultra-miniaturiserede linsefri mikroendoskop. Forskerne siger, at disse billeder er forfærdelige, men faktisk giver en masse information om lys, der kommer igennem, som kan bruges i beregningsrekonstruktion for at sammensætte et klarere endeligt billede. J til L er billeder G til I efter beregningsrekonstruktion. Kredit:Mark Foster
Johns Hopkins ingeniører har skabt et nyt linsefrit ultraminiaturiseret endoskop, på størrelse med et par menneskehår i bredden, der er mindre omfangsrig og kan producere billeder i højere kvalitet.
Deres resultater blev offentliggjort i dag i Videnskabens fremskridt .
"Som regel, du skal ofre enten størrelse eller billedkvalitet. Vi har været i stand til at opnå begge dele med vores mikroendoskop, " siger Mark Foster, en lektor i elektro- og computerteknik ved Johns Hopkins University og undersøgelsens tilsvarende forfatter.
Beregnet til at undersøge neuroner, der affyres i hjernen på dyr som mus og rotter, et ideelt mikroendoskop bør være lille for at minimere hjernevævsskade, men alligevel kraftigt nok til at producere et klart billede.
I øjeblikket, standard mikroendoskoper er omkring en halv millimeter til nogle få millimeter i diameter, og kræver større, mere invasive linser for bedre billeddannelse. Mens der findes linseløse mikroendoskoper, den optiske fiber indeni, der scanner et område pixel for pixel, bøjes ofte og mister billeddannelsesevnen, når den flyttes.
I deres nye undersøgelse, Foster og kolleger skabte et linsefrit ultraminiaturiseret mikroendoskop, der sammenlignet med et konventionelt linsebaseret mikroendoskop, øger mængden af forskere kan se og forbedrer billedkvaliteten.
Forskerne opnåede dette ved at bruge en kodet blænde, eller et fladt gitter, der tilfældigt blokerer lyset og skaber en projektion i et kendt mønster, der ligner tilfældigt at stikke et stykke aluminiumsfolie og lade lyset gennem alle de små huller. Dette skaber et rodet billede, men en, der giver en mængde information om, hvor lyset stammer fra, og den information kan beregningsmæssigt rekonstrueres til et klarere billede. I deres eksperimenter, Fosters hold kiggede på perler i forskellige mønstre på et dias.
"I tusinder af år, målet har været at gøre et billede så klart som muligt. Nu, takket være beregningsmæssig rekonstruktion, vi kan målrettet fange noget, der ser forfærdeligt ud og kontraintuitivt ende med et klarere slutbillede, " siger Foster.
Derudover Foster og teams mikroendoskop kræver ikke bevægelse for at fokusere på objekter i forskellige dybder; de bruger beregningsmæssig refokusering til at bestemme, hvor lyset stammer fra i 3 dimensioner. Dette gør det muligt for endoskopet at være meget mindre end et traditionelt, der kræver at man flytter endoskopet rundt for at fokusere.
Ser frem til, forskerholdet vil teste deres mikroendoskop med fluorescerende mærkningsprocedurer, hvor aktive hjerneneuroner vil blive mærket og belyst, at bestemme, hvor præcist endoskopet kan afbilde neural aktivitet.