Laser-billeddannelsesteknologi giver forbedret metode til kiggeri inde i levende væsener

Caltech ingeniører har forbedret en teknik til at tage tredimensionelle (3-D) mikroskopiske billeder af væv, giver dem mulighed for at se inde i levende væsener med større præcision end før.

Teknologien, kaldet 3-D fotoakustisk mikroskopi (PAM), bombarderer væv med en laserstråle. Når energien i laserlyset absorberes, det får vævet til at vibrere ultralyd. Disse vibrationer optages af sensorer og bruges til at samle et billede af vævets indre strukturer i en proces, der ligner ultralydsbilleddannelse.

Teknikken blev opfundet af Lihong Wang, Caltechs Bren professor i medicinsk teknik og elektroteknik, og hans team i Caltech Optical Imaging Laboratory, en del af Andrew og Peggy Cherng Department of Medical Engineering i Division of Engineering and Applied Science.

En begrænsning af teknologien til dette punkt har været dens begrænsede dybdeskarphed - det område, hvormed objekter er i fokus. Dette fænomen ville være kendt for alle, der har brugt et kamera. Når kameraet er fokuseret på et objekt i nærheden, objekter i baggrunden vil være slørede. Når kameraet er fokuseret på noget i det fjerne, genstande i nærheden er slørede.

Selvom sådan sløring kan tilføje en kunstnerisk stil på Instagram, det er ikke ønskeligt ved 3D-medicinsk billeddannelse, så Wang og hans team satte sig for at finjustere deres teknologi for at minimere effekten. I et papir, der blev offentliggjort i 3. oktober -udgaven af Naturkommunikation , de beskriver en modificeret form for den teknologi, de kalder rumligt invariant opløsning fotoakustisk mikroskopi, eller SIR-PAM.

SIR-PAM bygger på tidligere PAM-teknologi ved at forbehandle laserstrålen med en specialiseret optisk chip, der findes i visse typer tv og projektorer. Chippen deler strålen i to, og hver af disse bjælker bombarderer objektet, der skal afbildes fra en anden vinkel.

Når bjælkerne krydser inde i objektet, de skaber præcise interferensmønstre, der giver akustiske signaturer, der er nødvendige for at konstruere et klart 3D-billede af interne strukturer i hele det scannede område.

Disse ændringer giver SIR-PAM en dybdeskarphed 32 gange større end hvad PAM kunne opnå, samtidig med at den forbedrede dens opløsning til så små som 90 nanometer (1/1000 på bredden af ​​et menneskehår).

"Dette giver os mulighed for at se gennem uigennemsigtige materialer og se, hvad der er indeni, "Wang siger." Det er som en forlængelse af det menneskelige øje, som Supermans røntgenbillede. "

"Fotoakustik er unik, "siger han." Det kan skaleres til at forestille alt fra strukturer inde i en celle helt op til en hel organisme, at give en hidtil uset mulighed for allestedsnærværende biologisk forskning med konsekvent billedkontrast. "

Papiret har titlen "Bevægelsesfri volumetrisk fotoakustisk mikroskopi med rumligt invariant opløsning."