Johns Hopkins ingenjörer har skapat ett nytt linsfritt ultraminiatyriserat endoskop, storleken på några människohår i bredd, som är mindre skrymmande och kan ge bilder med högre kvalitet.

Deras resultat publicerades idag i Vetenskapens framsteg .

"Vanligtvis, du måste offra antingen storlek eller bildkvalitet. Vi har kunnat uppnå båda med vårt mikroendoskop, säger Mark Foster, en docent i el- och datateknik vid Johns Hopkins University och studiens motsvarande författare.

Avsedd för att undersöka neuroner som avfyras i hjärnan hos djur som möss och råttor, ett idealiskt mikroendoskop bör vara litet för att minimera skador på hjärnvävnaden men ändå kraftfullt nog att producera en tydlig bild.

För närvarande, standardmikroendoskop är ungefär en halv millimeter till några millimeter i diameter, och kräver större, mer invasiva linser för bättre bildbehandling. Även om det finns linslösa mikroendoskop, den optiska fibern inom som skannar ett område pixel för pixel böjs ofta och förlorar avbildningsförmåga när den flyttas.

I deras nya studie, Foster och kollegor skapade ett linsfritt ultraminiatyriserat mikroendoskop som jämfört med ett konventionellt linsbaserat mikroendoskop, ökar mängden forskare kan se och förbättrar bildkvaliteten.

Forskarna uppnådde detta genom att använda en kodad bländare, eller ett platt rutnät som slumpmässigt blockerar ljus och skapar en projektion i ett känt mönster som liknar att slumpmässigt sticka en bit aluminiumfolie och släppa igenom ljus genom alla små hål. Detta skapar en rörig bild, men en som ger en mängd information om var ljuset kommer, och den informationen kan beräkningsmässigt rekonstrueras till en tydligare bild. I sina experiment, Fosters team tittade på pärlor i olika mönster på en bild.

"I tusentals år, målet har varit att göra bilden så tydlig som möjligt. Nu, tack vare beräkningsrekonstruktion, vi kan målmedvetet fånga något som ser hemskt ut och kontraintuitivt sluta med en tydligare slutlig bild, säger Foster.

Dessutom, Foster och teams mikroendoskop kräver ingen rörelse för att fokusera på objekt på olika djup; de använder beräkningsmässig omfokusering för att avgöra var ljuset kommer ifrån i 3 dimensioner. Detta gör att endoskopet kan vara mycket mindre än ett traditionellt som kräver att endoskopet flyttas runt för att fokusera.

Ser fram emot, forskargruppen kommer att testa sitt mikroendoskop med fluorescerande märkningsprocedurer där aktiva hjärnneuroner skulle märkas och belysas, för att bestämma hur exakt endoskopet kan avbilda neural aktivitet.