Optisk fiberbilleddannelsesmetode fremmer undersøgelser af Alzheimers sygdom

En optisk fiber så tynd som en hårstrå lover at blive brugt i minimalt invasive dybe vævsundersøgelser af patienters hjerner, der viser virkningerne Alzheimers sygdom og andre hjernesygdomme. Forskningen kunne sætte scenen for minimalt invasiv in vivo hjernebilleddannelse i laboratorieundersøgelser og overvågning af neuronal aktivitet over tid hos patienter med neurologiske lidelser.

"Den ultratynde multimode fiber ville nemt passe ind i en akupunkturnål, og vi ved, at disse nåle kan indsættes i enhvers krop næsten uden smerte, hvilket potentielt muliggør dybt vævsbilleddannelse i realtid," sagde medforfatter Benjamin Lochocki, fra Vrije Universiteit Amsterdam.

Udfordringen er at øge billedopløsningen effektivt på subcellulært niveau, fordi tab af information er uundgåeligt fra lyskryptering. I APL Photonics , løser forskere i Holland denne udfordring med speckle-based compressive imaging (SBCI), der udnytter den lette scrambling af multimode-fibre til deres fordel.

Optiske fibre, en velforstået løsning til at lede lys over lange afstande, har i stigende grad fået opmærksomhed i mikroendoskopi som en bedre måde at få adgang til dybtliggende væv på grund af deres minimale dimensioner. De eliminerer også behovet for fluorescerende mærkning, et kompliceret og dyrt trin.

Lyskryptering adresseres typisk ved at forme bølgefronten af ​​en indfaldende stråle for at reducere spredning og skabe en fokuseret stråle ved den distale ende af fiberen. Denne teknik har dog begrænsninger med hensyn til optagelseshastighed og produktion af dybe vævsbilleder af høj kvalitet.

SBCI ændrer laserstråleindgangspositionen for at skabe flere og ukorrelerede tilfældige plettermønstre ved fiberudgangen. En computeralgoritme kan rekonstruere et billede af objektet baseret på mønsteret og dets indsamlede information.

Denne "komprimerende billeddannelse" reducerer mængden af ​​pixelmålinger, der er nødvendige for at rekonstruere et billede af lignende eller bedre kvalitet end den guldstandard rasterafbildning, der bruges i konventionelle endoskoper og mikroskoper. SBCI kan producere billeder i høj opløsning op til 11 gange hurtigere, for en plads, der er tre gange så stor, end den traditionelle rasterscanningsmetode.

Teknikken blev brugt til at afbilde lipofuscin, aldersrelateret fluorescerende pigment, der akkumuleres over tid som metabolisk affald i soma, den del af neuroner, der indeholder kernen og er ansvarlig for produktion af neurotransmitter. Unormal ophobning af lipofuscin kan være forbundet med progression af Alzheimers sygdom, selvom der er ringe forståelse for denne proces.

Pigmentopbygningen blev visualiseret i en hjernevævsprøve fra en Alzheimers patientdonor opnået gennem den nederlandske hjernebank. + Udforsk yderligere

Revolutionerende billeddannelse gennem en optisk fiber i bredden af ​​et menneskehår