Configurazione sperimentale di endomicroscopio olografico ultrasottile. (a) Il raggio in uscita da un laser è diviso in fasci campione e di riferimento. Il fascio campione viene inviato al campione attraverso il fascio di fibre. Il segnale di retrodiffusione dal campione, indicato in giallo per chiarezza sebbene la sua lunghezza d'onda sia identica all'onda incidente, viene catturato dal fascio di fibre e inviato alla telecamera. Il raggio di riferimento genera un interferogramma insieme al raggio di segnale sulla telecamera. (b) Principio di formazione dell'immagine. Lo spettro angolare del campione si ottiene in condizioni di Fresnel separando la distanza tra l'oggetto e la fibra ottica. Credito:Istituto per le scienze di base
Se sei abituato a sottoporti regolarmente a controlli sanitari, potresti avere familiarità con gli endoscopi. L'endoscopio è un dispositivo di imaging costituito da una telecamera e una guida di luce fissata a un lungo tubo flessibile. È particolarmente utile per acquisire immagini dell'interno di un corpo umano. Ad esempio, l'endoscopia dello stomaco e del colon sono ampiamente utilizzate per la diagnosi precoce e la diagnosi di malattie come ulcere e tumori.
In generale, un endoscopio viene prodotto collegando un sensore della fotocamera all'estremità di una sonda o utilizzando una fibra ottica, che consente la trasmissione di informazioni tramite la luce. Nel caso di un endoscopio che utilizza un sensore a telecamera, lo spessore della sonda aumenta, il che rende l'endoscopia piuttosto invasiva. Nel caso di un endoscopio che utilizza un fascio di fibre ottiche, può essere prodotto in un fattore di forma più sottile, che riduce al minimo l'invasività e provoca molto meno disagio per i pazienti.
Tuttavia, lo svantaggio è che in un endoscopio a fascio di fibre convenzionale, è difficile eseguire l'imaging ad alta risoluzione, perché la risoluzione dell'immagine ottenuta è limitata dalle dimensioni dei singoli nuclei di fibra. Gran parte delle informazioni sull'immagine vengono perse anche a causa del riflesso della punta della sonda. Inoltre, nell'endoscopia in fibra, è spesso necessario etichettare il target con fluorescenza, soprattutto in campioni biologici con bassa riflettività, a causa del forte rumore di retroriflessione generato dalla punta della sonda sottile.
Imaging endomicroscopico attraverso un passaggio stretto e curvo e capacità di imaging 3D. (a) e (b) mostrano rispettivamente viste frontali e superiori della configurazione sperimentale. (c) e (d) mostrano rispettivamente l'immagine endoscopica convenzionale e l'immagine ricostruita con l'endoscopio di nuova concezione. Barre della scala:20 μm. (e) mostra l'imaging endoscopico di bersagli impilati. Due obiettivi di risoluzione sono stati posti a due diverse profondità, 1 e. Accanto allo schema sono state mostrate immagini della verità sul terreno dei bersagli alle profondità 1 e 2, acquisite dal microscopio in campo chiaro convenzionale. (f) e (g) visualizzano immagini endoscopiche per le profondità di 1 e 2, rispettivamente, ricostruite utilizzando una registrazione a matrice di riflessione singola. Credito:Istituto per le scienze di base
Recentemente, un gruppo di ricerca guidato da CHOI Wonshik, Direttore Associato del Center for Molecular Spectroscopy and Dynamics (CMSD) all'interno dell'Institute for Basic Science (IBS), ha sviluppato un sistema endoscopico olografico ad alta risoluzione. I ricercatori sono stati in grado di superare la precedente limitazione dell'endoscopia in fibra ottica e sono stati in grado di ricostruire immagini ad alta risoluzione, senza collegare una lente o alcuna attrezzatura all'estremità distale del fascio di fibre.
Questa impresa è stata realizzata misurando le immagini olografiche delle onde luminose che vengono riflesse dall'oggetto e catturate dal fascio di fibre. I ricercatori hanno prima illuminato un oggetto focalizzando la luce su un singolo nucleo di un fascio di fibre e misurando le immagini olografiche che sono state riflesse dall'oggetto a una certa distanza dalla fibra ottica. Nel processo di analisi delle immagini olografiche, è stato possibile ricostruire l'immagine dell'oggetto con una risoluzione microscopica correggendo il ritardo di fase che si verifica su ciascun nucleo di fibra. In particolare, è stato sviluppato un algoritmo di ottimizzazione dell'immagine coerente unico per eliminare i ritardi di fase indotti dalle fibre sia nel percorso di illuminazione che di rilevamento e ricostruire l'immagine di un oggetto con una risoluzione microscopica.
Poiché l'endoscopio sviluppato non collega alcuna attrezzatura all'estremità della fibra ottica, il diametro della sonda dell'endoscopio è di 350 μm, che è più sottile dell'ago utilizzato per l'iniezione ipodermica. Utilizzando questo approccio, i ricercatori sono stati in grado di ottenere immagini ad alta risoluzione con una risoluzione spaziale di 850 nm, che è molto più piccola della dimensione del nucleo del fascio di fibre ottiche.
Imaging microscopico di villi in un intestino di ratto. (a) mostra l'immagine dell'endoscopio a riflettanza convenzionale presa quando il fascio di fibre era in contatto con i villi. (b) mostra l'immagine di trasmissione ottenuta attraverso il fascio di fibre. L'illuminazione a LED è stata inviata dai villi al fascio di fibre. (c)-(f) visualizzano immagini di riflettanza senza etichetta ottenute utilizzando l'endoscopio olografico di nuova concezione. (g) mostra un'immagine ricostruita di due villi cucendo più immagini riprese su un'ampia regione di interesse. Il fascio di fibre di 350 μm di diametro è stato utilizzato per l'acquisizione delle immagini. Barra della scala:100 μm. Credito:Istituto per le scienze di base
I ricercatori hanno continuato a testare il nuovo sistema di endoscopia olografica di Fourier per visualizzare la struttura dei villi dei topi. È stato possibile acquisire immagini ad alto contrasto rimuovendo efficacemente il rumore di retroriflessione della sonda, anche in campioni biologici con riflettività molto bassa, come i villi di ratto. Inoltre, la post-elaborazione delle informazioni olografiche misurate ha permesso di ricostruire immagini 3D a più profondità da un unico set di dati con una risoluzione di profondità di 14 μm.
Si ritiene che l'applicazione pratica di questo nuovo endoscopio migliorerà notevolmente il modo in cui possiamo immaginare le strutture interne del nostro corpo in modo minimamente invasivo, con poco o nessun disagio per i pazienti. Aprirà anche la possibilità di osservare direttamente cavità piccole come microvasi e le più piccole vie aeree nei polmoni, cosa impossibile con le tecnologie preesistenti. I ricercatori hanno anche suggerito che l'applicazione del loro nuovo endoscopio può andare ben oltre il campo medico, poiché può essere potenzialmente utile per le ispezioni industriali di semiconduttori e microprocessori.
La ricerca è stata pubblicata su Nature Communications . + Esplora ulteriormente
