Блог

Feb 28, 2024

Гибкий

Nature Communications, том 13, номер статьи: 4469 (2022 г.) Цитировать эту статью 5548 Доступов 5 Цитирований 58 Подробности Altmetric Metrics Ультратонкие безлинзовые волоконные эндоскопы обеспечивают минимально инвазивную инвазивность.

Nature Communications, том 13, номер статьи: 4469 (2022) Цитировать эту статью

5548 Доступов

5 цитат

58 Альтметрика

Подробности о метриках

Ультратонкие безлинзовые волоконные эндоскопы обеспечивают минимально инвазивное исследование, но в основном они работают как жесткие эндоскопы из-за необходимости предварительной калибровки волоконного зонда. Более того, большинство реализаций работают в режиме флуоресценции, а не в режиме визуализации без меток, что делает их непригодными для общей медицинской диагностики. Здесь мы сообщаем о полностью гибком ультратонком волоконном эндоскопе, позволяющем получать трехмерные голографические изображения неокрашенных тканей с пространственным разрешением 0,85 мкм. Используя пучок голых волокон диаметром всего 200 мкм, мы разработали безлинзовую конфигурацию голографической визуализации Фурье для выборочного обнаружения слабых отражений от биологических тканей, что является критическим шагом для эндоскопической визуализации отражения без меток. Разработан уникальный алгоритм реконструкции голографического изображения без калибровки, позволяющий получать изображение через узкий и изогнутый проход независимо от изгиба волокна. Мы демонстрируем эндоскопическую отражательную визуализацию неокрашенных тканей кишечника крысы, которые совершенно невидимы для обычных эндоскопов. Предлагаемый эндоскоп ускорит более точную и раннюю диагностику, чем раньше, с минимальными осложнениями.

Оптическая микроскопия является важным инструментом для понимания физиологии живых тканей благодаря ее высокому пространственному разрешению, молекулярной специфичности и минимальной инвазивности1. Однако эти преимущества недостижимы, когда целевые объекты расположены либо внутри изогнутых проходов, либо под светорассеивающими тканями. Визуализируя эти труднодоступные области, эндоскопы произвели революцию в медицинской практике в области ранней диагностики заболеваний. За последнее десятилетие были разработаны эндоскопы с микроскопическим разрешением для более точной и ранней диагностики2,3. Кроме того, постоянно растет спрос на ультратонкие эндоскопы (с диаметром зонда менее 1 мм), чтобы минимизировать дискомфорт и осложнения, сопровождающие введение зонда эндоскопа3,4,5,6,7.

В эндоскопической микроскопии обычно используются различные оптические волокна в качестве тонких и гибких световодных каналов. Например, использовалось одно оптическое волокно, прикрепляя различные типы сканирующих устройств и оптических элементов к дистальной стороне волокна, обращенной к образцу4,8,9,10. В этой конфигурации были реализованы многофотонная визуализация4,9,11,12,13 и оптическая когерентная томография (ОКТ)14,15,16. Однако сканер, прикрепленный к волокну, часто оказывается слишком громоздким, чтобы быть сверхтонким, хотя диаметр самого волокна невелик. Средства управления изображением, такие как пучки когерентных волокон, используются для устранения необходимости в дистальных сканерах, что делает зонд эндоскопа тоньше и надежнее. Отдельные сердцевины волокон в пучке используются в качестве пикселей изображения путем прикрепления оптической системы формирования изображения к кончику пучка волокон или путем прямого контакта кончика волокна с поверхностью образца17,18. В этой конфигурации метод флуоресцентной визуализации в широком поле был реализован для быстрой медицинской диагностики19,20. А конфокальная флуоресцентная визуализация была реализована путем высокоскоростного сканирования фокуса на проксимальной стороне волокна вне субъекта либо с17,21, либо без22 дистальной линзы. Одним из критических недостатков этой конфигурации является ее неспособность получать изображения биологических тканей без меток. Сильное обратное отражение света, возникающее в сердцевинах волокон, в точности совпадает с гораздо более слабыми сигналами отражения от биологических тканей. Это одна из основных причин, почему широко используется режим флуоресцентной визуализации, в котором излучение флуоресценции можно отделить от шума обратного отражения с помощью цветных фильтров. Поскольку в большинстве случаев флуоресцентная визуализация требует окрашивания, ее использование для общей клинической диагностики ограничено. Простое решение для визуализации собственного отражения — ввести отдельное волокно для освещения. Однако это применимо только для макроскопических изображений из-за увеличенного диаметра зонда и низкой пространственной разрешающей способности, ограниченной расстоянием между волокном и образцом, необходимым для раздельного освещения.