Nyt luftfyldt fiberbundt kunne gøre endoskoper mindre

Forskere har fremstillet en ny slags luftfyldt optisk fiberbundt, der i høj grad kunne forbedre endoskoper, der bruges til medicinske procedurer som minimalt invasive operationer eller bronkoskopier. Den nye teknologi kan også føre til endoskoper, der producerer billeder ved hjælp af infrarøde bølgelængder, hvilket ville tillade diagnostiske procedurer, som ikke er mulige med endoskoper i dag.

Endoskoper bruger bundter af optiske fibre til at transmittere billeder inde fra kroppen. Lys, der falder på den ene ende af fiberbundtet, bevæger sig gennem hver fiber til den fjerne ende, gør det muligt at bære et billede i form af tusindvis af pletter, der ligner de pixels, der udgør et digitalt billede.

Optiske fibre består af en indre kerne og en ydre beklædning med forskellige optiske egenskaber, som fanger lyset inde og tillader det at rejse ned i fiberen. I stedet for at bruge kerner og beklædninger lavet af to typer glas som de fleste fiberbundter, de nye bundter bruger en række glaskerner omgivet af hule glaskapillærer fyldt med luft, der fungerer som beklædning.

I tidsskriftet The Optical Society (OSA). Optik bogstaver , forskere viser, at deres nye fiberbundter, som de kalder luftbeklædte billedfibre, opretholde opløsningen af ​​de bedste kommercielle billeddannende fibre ved det dobbelte bølgelængdeområde, som de kommercielle fibre kan bruges. Den nye fiber kunne bruges til at skabe endoskoper, der er mindre eller har højere opløsninger end dem, der er tilgængelige i dag.

"Højere opløsning er altid nyttig for klinikere, der udfører endoskopiske procedurer, men de mest følsomme job, som dem i hjernen, kræver normalt de tyndeste instrumenter, " sagde avisens første forfatter, Harry Wood fra University of Bath. "Disse instrumenter er normalt så smalle, at den billeddannende fiber indeholder for få kerner til at skabe et klart billede. Vores luftbeklædte bundter tillader flere fibre at blive pakket ind i en mindre diameter og vil derfor sandsynligvis være særligt nyttige i disse situationer."

Ud over anvendelser inden for medicinsk diagnostik og behandling, den nye fiber kan vise sig at være nyttig til industrielle anvendelser såsom overvågning af indholdet af farlige maskiner eller billeddannelse af indersiden af ​​olie- og mineralbor.

Kombinerer luft og glas

Når et bundt af fibre indeholder et større antal kerner inden for et givet tværsnitsområde, det vil producere mere detaljerede billeder på samme måde, som et kamera med flere pixels skaber billeder i højere opløsning. Imidlertid, hvis kernerne er for små og tæt på hinanden, lys kan lække fra den ene til den anden, og billedet bliver sløret.

"Bikagestrukturen, vi udviklede, kombinerer glas og luft for at indeholde lyset langt tættere i kernerne end traditionelle billeddannende fibre, der bruger to typer glas, " sagde Wood. "Dette giver os mulighed for at bringe kernerne tættere sammen end nogensinde før muligt, eller klemme længere bølgelængder af lys ind, uden den sløring, der ville blive set med konventionelle tilgange."

Det faktum, at de nye fibre fungerer godt med bølgelængder længere ind i den infrarøde del af spektret, kunne tillade udviklingen af ​​endoskoper, der afbilder fluorescerende markører, der udsender ved disse bølgelængder. Infrarødt lys kan også bruges til at afbilde celler, der er indlejret dybere i væv, end der kan afbildes med synlige bølgelængder.

"Der er fluorescerende markørprober, der udsender lys med specifikke bølgelængder som reaktion på visse bakterier eller immunceller, " sagde Wood. "Disse kunne være meget effektive til at fremhæve sygdom i lungen, for eksempel, men vi kan i øjeblikket kun bruge en eller to sådanne prober i det bølgelængdeområde, som tilbydes af nutidens endoskopteknologi."

Sammenligning af fiberydelse

For at teste de billeddannende fibre, forskerne lavede et luftbeklædt fiberbundt, der matchede opløsningen af ​​en førende kommerciel fiber, fordi den havde samme afstand mellem kernerne. De var i stand til at inkorporere mere end 11, 000 kerner i fiberen ved at stable flere mindre bikagestrukturer sammen.

Forskerne påpeger, at princippet bag de nye fibre har været kendt i årevis, men at fremstillingen nærmer sig, især for fibre med luftspalter, er for nyligt nået til det punkt, hvor disse fibre kunne fremstilles.

Forskerne brugte deres nye luftbeklædte fiberbundt og den kommercielle fiber til at afbilde et standard testmålbillede. "Vi var glade for at opdage, at den luftbeklædte fiber fungerede langt ud over det bølgelængdeområde, vores synlige kamera kunne registrere, " sagde Wood. "Da vi skiftede til et infrarødt kamera, vi så, at fiberen skabte et klart billede ved dobbelt bølgelængde, som den kommercielle fiber nåede."