Du kanske inte har hört talas om optisk koherens tomografi, eller OKT. Men om du har besökt en ögonläkare nyligen, chansen är stor att ditt öga kom inom en tum eller två av en skanningsenhet som använder tekniken. Tiotusentals av dessa enheter finns på läkarkontor, där de ofta används för att kontrollera ögonsjukdomar.

Nu, Forskare från Stanford University har listat ut hur man eftermonterar dessa högpresterande maskiner med hyllplanskomponenter, öka ULT:s upplösning med flera gånger och lovande tidigare upptäckt av skador på näthinnan och hornhinnan, begynnande tumörer och mer.

Det relativt enkla, billig lösning-med ett par linser, en bit slipat glas och några mjukvaruinställningar - raderar fläckar som har fördärvade bilder som erhållits via OCT sedan uppfinningen 1991. Denna förbättring, kombinerat med teknikens förmåga att optiskt penetrera upp till 2 millimeter in i vävnad, kan göra det möjligt för läkare att utföra "virtuella biopsier, "visualisera vävnad i tre dimensioner vid upplösning av mikroskopkvalitet utan att skära ut vävnad från patienter.

I en studie som ska publiceras online den 20 juni Naturkommunikation , forskarna testade förbättringen i två olika kommersiellt tillgängliga OCT -enheter. De kunde se funktioner i cellskala i intakta vävnader, inklusive i en levande muss öra och en mänsklig fingertopp, sa studiens seniorförfattare, Adam de la Zerda, Doktorsexamen, biträdande professor i strukturbiologi. Studiens huvudförfattare är elingenjörsexamen Orly Liba.

Förbättrad upplösning med minimal pyssel

"Vi visade att du effektivt kan ta alla OCT -system där ute och, med minimala förändringar, öka sin upplösning till den punkt där den kan upptäcka anatomiska funktioner som är mindre än storleken på en typisk cell, sa de la Zerda.

OCT är en miljardverksamhet. Varje år, mer än 10 miljoner OCT-skanningar utförs för att diagnostisera eller övervaka tillstånd från åldersrelaterad makuladegeneration till melanom. Tekniken har anpassats för endoskopisk användning vid lung-, gastrointestinal och kardiovaskulär medicin.

Något analogt med ultraljud, OCT penetrerar vävnader optiskt istället för med ljudvågor. Enheten riktar laserstrålar mot ett föremål - säg, ett vävnadsprov, eller patientens öga - och registrerar vad som kommer tillbaka när ljuset studsar av reflekterande element i provet eller ögongloben. Justera penetrationsdjupet, en användare kan skanna lager på lager av en vävnad och, staplar virtuella vävnadsskivor ovanpå varandra, montera dem för att skapa en volymetrisk bild.

Men än idag, ULT fortsätter att plågas av en form av buller som, till skillnad från det slumpmässiga bruset som genereras av något avkänningssystem, kan inte "tvättas bort" helt enkelt genom att upprepade gånger avbilda objektet av intresse och medelvärde för resultaten med ett datorprogram.

Bullret som genereras av OCT, kallas "fläck, " är en inneboende egenskap hos arkitekturen hos objektet som betraktas och laserljusets unika egenskaper.

En foton är inte bara en partikel. Det är också en våg vars kraft växer och avtar när den färdas, liknar en havsvåg på väg mot stranden. När två vågor kolliderar, deras kombinerade höjd vid kollisionstillfället beror på om var och en var på topp, det är tråg eller någonstans däremellan.

När fotoner går ur fas

Fotonerna som består av en laserstråle är i fas:De delar samma våglängd, med sina toppar och dalar som inträffar i synk. Men när dessa fotoner studsar från två separata ytor - säg, två närliggande komponenter i en cell - längden på deras returvägar skiljer sig något åt, så de är inte längre i fas. Nu, de kan störa varandra precis som korsande havsvågor. De kan avbryta varandra, skapa en falsk-svart fläck på den resulterande bilden. Eller så kan de förstärka varandra, skapar en falskvit fläck. Om de fläckgenererande komponenternas positioner är fasta, som är fallet i de flesta vävnader (cirkulerande blod är ett undantag), samma fläckar kommer att dyka upp på samma platser vid varje på varandra följande OCT -skanning.

"Andra forskare har testat olika lösningar, som att skanna upprepade gånger i olika vinklar eller från på varandra följande närliggande positioner eller med skiftande våglängder, eller `` ta bort '' fläckarna med dator efterbehandling, "de la Zerda." Men resultatet är alltid detsamma:en suddig bild. "Det är som att täcka över fräknar med ett lager smink:ett mjukare utseende, på bekostnad av förlorade detaljer.

I princip, om du kunde nå ut med en molekylär pincett och flytta en av de två störande komponenterna bara en liten bit, du skulle ändra fläckmönstret. Men du kan inte. Dock, Stanford -forskarna hittade ett sätt att göra i huvudsak samma sak, optiskt sett.

"Vi ville få fläckarna att dansa, så de skulle ha ett något annorlunda mönster varje gång vi skannade vävnaden, " sa Liba. "Och vi hittade ett sätt att göra det på."

Skapa en virtuell bild

Genom att placera ett par ytterligare linser i OCT -enhetens siktlinje, utredarna kunde skapa en andra bild-en holografliknande exakt likhet med det visade provet som dök upp någon annanstans längs siktlinjen, mellan de tillsatta linserna och provet. Genom att sätta in vad de kallar en "diffusor" - en glasskiva som de hade grovt genom att slumpmässigt etsat små spår i den - precis vid rätt punkt i siktlinjen och metodiskt flyttat den mellan varje omgång upprepade skanningar, de uppnådde den optiska motsvarigheten att flytta det geografiska förhållandet mellan provets komponenter bara en liten bit varje gång de skannade det.

Nu, medelvärdet av de på varandra följande bilderna tog bort fläckarna. Stanford -teamet använde den resulterande förbättrade förmågan att förvärva detaljerade, i huvudsak brusfria bilder av en levande, sövd musöra.

"Vi såg talgkörtlar, hårsäckar, blodkärl, lymfkärl och mer, sa Liba.

De fick också högupplösta bilder av en mushinna och hornhinna. Och en snittfri titt på fingertoppen på en av studiens medförfattare lät dem se en anatomisk egenskap som aldrig tidigare skymts med OKT:Meissners kropp, ett nervknippe som ansvarar för taktila förnimmelser.

Det tekniska framsteget kringgår ett 25-årigt problem som ihållande har begränsat ULT:s diagnostiska kapacitet, sa de la Zerda.

Arbetet är ett exempel på Stanford Medicine fokus på precisionshälsa, vars mål är att förutse och förebygga sjukdom hos friska och exakt diagnostisera och behandla sjukdom hos sjuka.