Real-time billeddannelse til brug i medicin

Et nyt papir ind Naturfotonik fra forskere ved CU Boulder beskriver imponerende forbedringer i evnen til at kontrollere udbredelsen og interaktionen af ​​lys i komplekse medier såsom væv - et område med mange potentielle anvendelser inden for det medicinske område.

Udgivet mandag, papiret har titlen "Wavefront shaping in complex media with a 350 kHz modulator via a 1D-to-2-D transformation." Arbejdet blev udført i professor Rafael Piestuns laboratorium i det elektriske, Energi- og datateknikafdelingen. Holdet inkluderede CU Boulder post-doc-forskere Omer Tzang og Simon Labouesse, forsker Eyal Niv og CU Boulder kandidatstuderende Sakshi Singh. Greg Myatt fra Silicon Light Machines, en samarbejdsvirksomhed i dette projekt, arbejdede også med gruppen.

Styring af processen, hvorved lysbølger bevæger sig ind i og gennem komplekse medier, såsom blod og hud, er et voksende forskningsområde. Desværre, rumlige lysmodulationsanordninger, som tillader dette ved at variere egenskaberne af en lysstråle på nyttige måder, er begrænset i hastighed. Dette forhindrer realtidsapplikationer såsom billeddannelse af levende væv eller gennem turbulent flow, som konstant ændrer sig med millisekund.

For at løse dette, Piestuns team har introduceret en lysbølgekontrolteknik, der er hurtigere end nogen anden tilgængelig teknologi med mere end én størrelsesorden, demonstrerer en rekordhøj hastighedsbølgeformning.

Piestun sagde at nå denne milepæl krævede grundlæggende fotonik og optisk design, samt hardware- og softwareudvikling for at skræddersy en høj hastighed, 1D mikro-elektromekanisk enhed til den aktuelle opgave.

Anvendelsen af ​​denne teknik er varieret, herunder brug af multimode fibre som miniature endoskoper - medicinske optiske enheder, der bruges til at se ind i kroppen. Ved at aktivere billeddannelse gennem multimode fibre, som er tyndere og mere effektive end eksisterende endoskoper, denne teknik kunne åbne et vindue ind til tidligere utilgængelige områder af menneskekroppen. En anden spændende applikation er at fokusere lys dybere ind i hudvæv til medicinsk evaluering, sagde Piestun.

"Hvis du prøver at fokusere en laser under huden, du kan i øjeblikket kun gå under en millimeter dyb. Tanken er at gå meget dybere, og dette arbejde kan føre til det, " han sagde.