I ricercatori hanno dimostrato che la tecnologia a fibra ottica esistente potrebbe essere utilizzata per produrre immagini microscopiche 3D di tessuti all'interno del corpo, aprendo la strada alle biopsie ottiche 3-D.

A differenza delle normali biopsie in cui il tessuto viene raccolto e inviato a un laboratorio per l'analisi, le biopsie ottiche consentono ai medici di esaminare i tessuti viventi all'interno del corpo in tempo reale.

Questo approccio minimamente invasivo utilizza microendoscopi ultrasottili per scrutare all'interno del corpo per la diagnosi o durante l'intervento chirurgico, ma normalmente produce solo immagini bidimensionali.

Ricerca condotta dalla RMIT University di Melbourne, Australia, ha ora rivelato il potenziale 3-D della tecnologia dei microendoscopi esistente.

Pubblicato in Progressi scientifici , lo sviluppo è un primo passo cruciale verso le biopsie ottiche 3-D, per migliorare la diagnosi e la chirurgia di precisione.

L'autore principale, il dott. Antony Orth, ha affermato che la nuova tecnica utilizza un approccio di imaging in campo luminoso per produrre immagini microscopiche in visione stereo, simile ai film 3D che guardi con gli occhiali 3D.

"La visione stereo è il formato naturale per la visione umana, dove guardiamo un oggetto da due diversi punti di vista e li elaboriamo nel nostro cervello per percepire la profondità, " disse Orth, un Research Fellow nel nodo RMIT dell'ARC Center of Excellence for Nanoscale BioPhotonics (CNBP).

"Abbiamo dimostrato che è possibile fare qualcosa di simile con le migliaia di minuscole fibre ottiche in un microendoscopio.

"Si scopre che queste fibre ottiche catturano naturalmente immagini da più prospettive, dandoci la percezione della profondità alla microscala.

"Il nostro approccio può elaborare tutte quelle immagini microscopiche e combinare i punti di vista per fornire una visualizzazione in profondità del tessuto in esame, un'immagine in tre dimensioni".

Come funziona

La ricerca ha rivelato che i fasci di fibre ottiche trasmettono informazioni 3D sotto forma di un campo luminoso.

La sfida per i ricercatori era quindi quella di sfruttare le informazioni registrate, decodificarlo e produrre un'immagine che abbia senso.

La loro nuova tecnica non solo supera queste sfide, funziona anche quando la fibra ottica si piega e si flette, essenziale per l'uso clinico nel corpo umano.

L'approccio si basa sui principi dell'imaging in campo luminoso, dove tradizionalmente, più telecamere guardano la stessa scena da prospettive leggermente diverse.

I sistemi di imaging a campo luminoso misurano l'angolo dei raggi che colpiscono ciascuna telecamera, registrare informazioni sulla distribuzione angolare della luce per creare una "immagine multi-punto di vista".

Ma come si registrano queste informazioni angolari attraverso una fibra ottica?

"L'osservazione chiave che abbiamo fatto è che la distribuzione angolare della luce è sottilmente nascosta nei dettagli di come questi fasci di fibre ottiche trasmettono la luce, " ha detto Ort.

"Le fibre essenzialmente 'ricordano' come la luce è stata inizialmente inviata all'interno:lo schema della luce dall'altra parte dipende dall'angolo con cui la luce è entrata nella fibra".

Con questo in testa, I ricercatori ei colleghi di RMIT hanno sviluppato un quadro matematico per mettere in relazione i modelli di output con l'angolo del raggio di luce.

"Misurando l'angolo dei raggi che entrano nel sistema, possiamo capire la struttura 3-D di un campione fluorescente microscopico usando solo le informazioni in una singola immagine, "Professore Brant Gibson, Capo investigatore e vicedirettore del CNBP, disse.

"Quindi quel fascio di fibre ottiche si comporta come una versione miniaturizzata di una telecamera a campo luminoso.

"La cosa eccitante è che il nostro approccio è completamente compatibile con i fasci di fibre ottiche che sono già in uso clinico, quindi è possibile che le biopsie ottiche 3D possano essere una realtà prima piuttosto che dopo".

Oltre alle applicazioni mediche, il dispositivo di imaging a campo luminoso ultrasottile potrebbe essere potenzialmente utilizzato per la microscopia a fluorescenza 3-D in vivo nella ricerca biologica.