I ricercatori hanno dimostrato un nuovo endoscopio che combina in modo univoco l'imaging fotoacustico e fluorescente in un dispositivo dello spessore di un capello umano. Il dispositivo potrebbe un giorno fornire nuove informazioni sul cervello, consentendo di misurare la dinamica del sangue contemporaneamente all'attività neuronale.

"La combinazione di queste modalità di imaging potrebbe migliorare la nostra comprensione della struttura e del comportamento del cervello in condizioni specifiche come dopo il trattamento con un farmaco mirato, " ha affermato il capo del gruppo di ricerca Emmanuel Bossy del CNRS / Université Grenobe Alpes Laboratoire Interdisciplinaire de Physique. "Le piccole dimensioni dell'endoscopio aiutano a ridurre al minimo i danni ai tessuti quando lo si inserisce nel cervello di piccoli animali per l'imaging".

Nella rivista The Optical Society (OSA) Ottica biomedica Express , Il team di ricerca di Bossy, in collaborazione con il team di Paul C. Beard dell'University College London, descrivono il loro nuovo endoscopio multimodale e mostrano che può acquisire immagini fotoacustiche e fluorescenti di globuli rossi e sfere fluorescenti.

Due immagini sono meglio di una

L'acquisizione di immagini a fluorescenza e fotoacustiche con lo stesso dispositivo fornisce immagini co-registrate automaticamente con informazioni complementari. Segnali fluorescenti, che si creano quando un marker fluorescente assorbe la luce e la riemette con una lunghezza d'onda diversa, sono più utili per etichettare regioni specifiche del tessuto. D'altra parte, immagini fotoacustiche, che catturano un'onda acustica generata dopo l'assorbimento della luce, non richiedono etichette e quindi possono essere utilizzati per l'immagine della dinamica del sangue, Per esempio.

Il nuovo endoscopio utilizza una tecnica chiamata modellamento ottico del fronte d'onda per creare un punto di luce focalizzato sulla punta di imaging di una fibra ottica multimodale molto piccola. "La luce che si propaga in una fibra multimodale è confusa, rendendo impossibile vedere attraverso la fibra, " disse Bossy. "Tuttavia, questo tipo di fibra è vantaggioso per l'endoscopia perché è estremamente piccolo rispetto ai fasci di fibre di imaging utilizzati per molti dispositivi endoscopici medici".

Per vedere attraverso la fibra ottica multimodale, i ricercatori hanno utilizzato il modulatore di luce spaziale per inviare modelli di luce specifici attraverso la fibra e creare un punto focale all'estremità dell'imaging. Quando il punto di messa a fuoco colpisce il campione, crea un segnale che può essere utilizzato per creare un'immagine punto per punto mediante la scansione raster del punto sul campione. Sebbene altri ricercatori abbiano utilizzato fibre multimodali per l'endoscopia a fluorescenza, il nuovo lavoro rappresenta la prima volta che l'imaging fotoacustico è stato incorporato in questo tipo di design dell'endoscopio.

Aggiunta di sensibilità al suono

I ricercatori hanno aggiunto l'imaging fotoacustico incorporando un ulteriore, fibra ottica molto sottile con una speciale punta del sensore sensibile al suono. Poiché i sensori acustici in fibra ottica disponibili in commercio non sono sensibili o sufficientemente piccoli per questa applicazione, i ricercatori hanno utilizzato un sensore in fibra ottica molto sensibile sviluppato di recente dal team di ricerca di Beard.

"Il punto di luce focalizzato ci consente di costruire l'immagine pixel per pixel aumentando anche la forza della fluorescenza e dei segnali fotoacustici perché concentra la luce nel punto focale, " ha spiegato Bossy. "Questa luce concentrata combinata con un rivelatore sensibile ha permesso di ottenere immagini utilizzando un solo impulso laser per pixel, considerando che i sensori acustici in fibra ottica commerciali avrebbero richiesto molti impulsi laser."

I ricercatori hanno fabbricato un prototipo di microendoscopio che misurava solo 250 per 125 micron quadrati e lo hanno utilizzato per visualizzare perline fluorescenti e cellule del sangue utilizzando entrambe le modalità di imaging. Hanno rilevato con successo più sfere fluorescenti da 1 micron e singoli globuli rossi da 6 micron.

Poiché l'endoscopia a fluorescenza nel cervello dei roditori è stata eseguita da altri scienziati, i ricercatori sono fiduciosi che il loro dispositivo a doppia modalità funzionerà in condizioni simili. Ora stanno continuando a lavorare per aumentare la velocità di acquisizione del dispositivo, con l'obiettivo di acquisire poche immagini al secondo.