Opfindelsen af ​​et fleksibelt endoskop, der er tyndere end en nål

Hvis du er vant til at få regelmæssige helbredsundersøgelser, er du måske bekendt med endoskoper. Endoskopet er en billeddannende enhed bestående af et kamera og en lysleder fastgjort til et langt fleksibelt rør. Det er især nyttigt til at erhverve billeder af indersiden af ​​en menneskekrop. For eksempel er mave- og tyktarmsendoskopi i vid udstrækning brugt til tidlig påvisning og diagnosticering af sygdomme som sår og kræft.

Generelt fremstilles et endoskop ved at fastgøre en kamerasensor til enden af ​​en sonde eller ved at bruge en optisk fiber, som gør det muligt at transmittere information ved hjælp af lys. I tilfælde af et endoskop, der bruger en kamerasensor, øges tykkelsen af ​​sonden, hvilket gør endoskopien ret invasiv. I tilfælde af et endoskop, der bruger et optisk fiberbundt, kan det fremstilles i en tyndere formfaktor, som minimerer invasivitet og resulterer i meget mindre ubehag for patienterne.

Ulempen er dog, at det i et konventionelt fiberbundt-endoskop er vanskeligt at udføre billeddannelse i høj opløsning, fordi opløsningen af ​​det opnåede billede er begrænset af størrelsen af ​​de enkelte fiberkerner. Meget af billedinformationen går også tabt på grund af refleksion fra sondespidsen. Desuden er det i fiberendoskopi ofte nødvendigt at mærke målet med fluorescens, især i biologiske prøver med lav reflektivitet, på grund af stærk tilbagereflektionsstøj genereret fra spidsen af ​​den tynde sonde.

For nylig har et forskerhold ledet af CHOI Wonshik, Associate Director for Center for Molecular Spectroscopy and Dynamics (CMSD) inden for Institute for Basic Science (IBS), udviklet et holografisk endoskopsystem i høj opløsning. Forskerne var i stand til at overvinde den tidligere begrænsning af fiberoptisk endoskopi og var i stand til at rekonstruere billeder i høj opløsning uden at fastgøre en linse eller noget udstyr til den distale ende af fiberbundtet.

Denne bedrift blev opnået ved at måle de holografiske billeder af lysbølgerne, der reflekteres fra objektet og fanges af fiberbundtet. Forskerne belyste først et objekt ved at fokusere lys på en enkelt kerne af et fiberbundt og målte holografiske billeder, der blev reflekteret fra objektet i en vis afstand fra den optiske fiber. I processen med at analysere de holografiske billeder var det muligt at rekonstruere objektbilledet med en mikroskopisk opløsning ved at korrigere den faseretardering, der opstår ved hver fiberkerne. Specifikt blev en unik sammenhængende billedoptimeringsalgoritme udviklet til at eliminere fiberinducerede faseforsinkelser i både belysnings- og detektionsvejene og rekonstruere et objektbillede med en mikroskopisk opløsning.

Da det udviklede endoskop ikke fastgør noget udstyr til enden af ​​den optiske fiber, er diameteren af ​​endoskopsonden 350 μm, hvilket er tyndere end nålen, der bruges til hypodermisk injektion. Ved at bruge denne tilgang var forskere i stand til at opnå billeder i høj opløsning med en rumlig opløsning på 850 nm, hvilket er langt mindre end kernestørrelsen af ​​det optiske fiberbundt.

Forskerne fortsatte med at teste det nye Fourier holografiske endoskopisystem for at afbilde musenes villi-struktur. Det var muligt at opnå højkontrastbillede ved effektivt at fjerne tilbagereflektionsstøjen fra sonden, selv i biologiske prøver med meget lav reflektivitet, såsom rottevilli. Derudover gjorde efterbehandling af den målte holografiske information det muligt at rekonstruere 3D-billeder i flere dybder fra et enkelt datasæt med en dybdeopløsning på 14 μm.

Det menes, at den praktiske anvendelse af dette nye endoskop i høj grad vil forbedre den måde, hvorpå vi kan afbilde vores krops indre strukturer på en minimalt invasiv måde, med lidt eller intet ubehag for patienterne. Det vil også åbne muligheden for direkte at observere hulrum så små som mikrokar og de mindste luftveje i lungerne, hvilket var umuligt med allerede eksisterende teknologier. Forskerne foreslog endda, at anvendelsen af ​​deres nye endoskop kan gå langt ud over det medicinske område, da det potentielt kan være nyttigt til industrielle inspektioner af halvledere og mikroprocessorer.

Forskningen blev offentliggjort i Nature Communications . + Udforsk yderligere

Nyt fotoakustisk endoskop passer ind i en nål