Nieuwe Lenzenloze Endoscope Levert 3D Imaging Van Subcellulaire Structuren Zonder Traditionele Optica

De Optical Society, Washington, DC

Onderzoekers hebben een nieuwe zelfkalibrerende endoscope ontwikkeld die 3D-afbeeldingen produceert van objecten kleiner dan een enkele cel zonder een lens of enige optische, elektrische of mechanische componenten. De top van de endoscope meet slechts 200 micron - ongeveer de breedte van een paar menselijke haren samen gedraaid. Als een minimaal invasieve tool voor het visualiseren van kenmerken binnen levende weefsels, kan de extreem dunne endoscope een verscheidenheid aan onderzoek- en medische toepassingen mogelijk maken.

Onderzoekers hebben een nieuwe zelfkalibrerende endoscope ontwikkeld die 3D-afbeeldingen produceert van objecten kleiner dan een enkele cel. (Credit: Czarske, TU Dresden, Germany)

Conventionele endoscopen gebruiken camera's en lichten om afbeeldingen binnen het lichaam vast te leggen. In de afgelopen jaren hebben onderzoekers alternatieve manieren ontwikkeld om afbeeldingen vast te leggen door optische vezels, wat de behoefte aan bulkamera's en andere bulky componenten elimineert, wat significant dunner endoscopen mogelijk maakt. Ondanks hun belofte lijden deze technologieën echter onder beperkingen zoals onvermoë om temperatuurschwankingen of buigen en draaien van de vezel te tolereren.

Een grote struikelblok om deze technologieën praktisch te maken is dat ze ingewikkelde kalibratieprocessen vereisen - in veel gevallen terwijl de vezel afbeeldingen verzamelt. Om dit aan te pakken, voegden de onderzoekers een dun glasplaatje toe, slechts 150 micron dik, aan de top van een coherente vezelbundel, een type optische vezel dat gemeenschappelijk gebruikt wordt in endoscopie-toepassingen. De coherente vezelbundel die in het experiment gebruikt werd was ongeveer 350 micron breed en bestond uit 10.000 kernen.

Wanneer de centrale vezelkern geïllumineerd wordt, emiteert het een bundel die weerkaatst terug in de vezelbundel en fungeert als een virtuele gidsster voor het meten van hoe het licht wordt getransporteerd. Dit wordt de optische overdrachtsfunctie genoemd, wat cruciale data levert die het systeem gebruikt om zich on-the-fly te kalibreren.

Een sleutelcomponent van de nieuwe opzet is een ruimtelijke lichtmodulator, die gebruikt wordt om de richting van het licht te manipuleren en remote fokussen mogelijk te maken. De ruimtelijke lichtmodulator compenseert de optische overdrachtsfunctie en afbeeldingen op de vezelbundel. Het teruggekaatste licht van de vezelbundel wordt op de camera vastgelegd en gesuperponeerd met een referentiegolf om de fase van het licht te meten. De positie van de virtuele gidsster bepaalt de focus van het instrument, met een minimale focusdiameter van ongeveer één micron. De onderzoekers gebruikten een adaptieve lens en een 2D galvometer spiegeltje om de focus te verschuiven en scannen op verschillende dieptes mogelijk te maken.

Het team testte hun apparaat door het te gebruiken om een 3D-specimen te visualiseren onder een 140-micron dik dekglas. Door het beeldvlak te scannen in 13 stappen over 400 micron met een beelddichtheid van 4 cycli per seconde, beeldde het apparaat deeltjes aan de boven- en onderkant van het 3D-specimen succesvol. Echter, de focus verslechterde naarmate de hoek van de galvometer spiegeltje toenem. De onderzoekers suggereren dat toekomstig werk deze beperking kan adresseren. Bovendien kan het gebruik van een galvometer scanner met een hogere framerate snellere beeldverwerving mogelijk maken.

Deze benadering maakt zowel real-time kalibratie als imaging met minimale invasiviteit mogelijk, belangrijk voor in-situ 3D imaging, lab-on-a-chip-gebaseerde mechanische celmanipulatie, diep weefsel in vivo optogenetica, en sleutelgat technische inspecties.

Voor meer informatie, contacteer Dit e-mailadres wordt beschermd tegen spambots. U heeft JavaScript ingeschakeld om het te kunnen zien..