Billeddannelse på spidsen af ​​en nål

Et team af fysikere, ledet af Dr. David Phillips fra University of Exeter, har været banebrydende for en ny måde at kontrollere lys, der er blevet forvrænget ved passage gennem en enkelt hår-tynd streng af optisk fiber. Disse ultratynde fibre holder meget løfte om den næste generation af medicinske endoskoper-hvilket muliggør højopløselig billeddannelse dybt inde i kroppen på spidsen af ​​en nål.

Konventionelle endoskoper er millimeter brede og har begrænset opløsning - så kan ikke bruges til at inspicere individuelle celler. Enkelte optiske fibre er cirka 10 gange smallere og kan muliggøre billeddannelse med meget højere opløsning-nok til at undersøge individuelle cellers egenskaber direkte inde i levende væv. Det er normalt først muligt at se celler, når de er taget uden for kroppen og placeret i et mikroskop.

Fangsten er, at vi ikke direkte kan se gennem optiske fibre, da de krypterer lyset, der sendes gennem dem. Dette problem kan løses ved først at kalibrere en optisk fiber for at forstå, hvordan det slører billeder, og derefter bruge denne kalibreringsinformation som en nøgle til at dechifrere billeder fra det krypterede lys. Tidligere i år, Dr. Phillips 'gruppe udviklede en måde at måle denne nøgle ekstremt hurtigt, i samarbejde med forskere fra Boston University i USA, og Liebniz Institute of Photonic Technologies i Tyskland [papir:Kompressiv prøveudtagning af den optiske transmissionsmatrix af en multimode fiber, udgivet i Lys:Videnskab og applikationer , 21. april 2021].

Imidlertid, den målte nøgle er meget skrøbelig, og ændres let, hvis fiberen bøjer eller vrider sig, gør implementering af denne teknologi i reelle kliniske omgivelser i øjeblikket meget udfordrende. For at overvinde dette problem, Det Exeter -baserede team har nu udviklet en ny måde at holde styr på, hvordan billedets uskadelige nøgle ændres, mens fiberen er i brug. Dette giver en måde at opretholde billedbehandling i høj opløsning, selvom et enkelt fiberbaseret mikro-endoskop bøjer. Forskerne opnåede dette ved at låne et koncept, der blev brugt i astronomi til at gennemskue atmosfærisk turbulens og anvende det til at se igennem optiske fibre. Metoden baserer sig på en 'guide-star' – som i deres tilfælde er en lille klart fluorescerende partikel på enden af ​​fiberen. Lys fra guidestjernen koder for, hvordan nøglen ændres, når fiberen bøjer, dermed sikres billedbehandling ikke forstyrres.

Dette er et vigtigt fremskridt for udviklingen af ​​fleksible ultratynde endoskoper. Sådanne billeddannende enheder kunne bruges til at lede biopsinåle til det rigtige sted, og hjælpe med at identificere syge celler i kroppen.

Dr. Phillips, en lektor i afdelingen for fysik og astronomi ved University of Exeter, sagde:"Vi håber, at vores arbejde bringer visualiseringen af ​​subcellulære processer dybt inde i kroppen et skridt tættere på virkeligheden - og hjælper med at oversætte denne teknologi fra laboratoriet til klinikken."