Caltechs ingenjörer har förbättrat en teknik för att ta tredimensionella (3-D) mikroskopiska bilder av vävnad, så att de kan se inuti levande varelser med större precision än tidigare.

Teknologin, kallas 3-D fotoakustisk mikroskopi (PAM), bombarderar vävnad med en laserstråle. När energin i laserljuset absorberas, det får vävnaden att vibrera ultraljud. Dessa vibrationer fångas upp av sensorer och används för att sammanställa en bild av vävnadens inre strukturer i en process som liknar ultraljudsavbildning.

Tekniken uppfanns av Lihong Wang, Caltechs Bren-professor i medicinsk teknik och elektroteknik, och hans team i Caltech Optical Imaging Laboratory, del av Andrew och Peggy Cherng Institutionen för medicinsk teknik vid avdelningen för teknik och tillämpad vetenskap.

En begränsning av tekniken hittills har varit dess begränsade skärpedjup - intervallet där objekt är i fokus. Detta fenomen skulle vara bekant för alla som har använt en kamera. När kameran är fokuserad på ett närliggande föremål, objekt i bakgrunden blir suddiga. När kameran är fokuserad på något på avstånd, närliggande föremål är suddiga.

Även om sådan suddighet kan ge en artistisk stil på Instagram, det är inte önskvärt i 3-D medicinsk bildbehandling, så Wang och hans team satte sig för att finjustera sin teknik för att minimera effekten. I en tidning publicerad i numret 3 oktober av Naturkommunikation , de beskriver en modifierad form av den teknik som de kallar fotoakustisk mikroskopi med invariant upplösning, eller SIR-PAM.

SIR-PAM bygger på tidigare PAM-teknik genom att förbehandla laserstrålen med ett specialiserat optiskt chip som finns i vissa typer av TV-apparater och projektorer. Chipet delar strålen i två, och var och en av dessa strålar bombarderar objektet som ska avbildas från en annan vinkel.

När strålarna korsar inuti föremålet, de skapar exakta interferensmönster som ger akustiska signaturer som behövs för att konstruera en tydlig 3D-bild av interna strukturer i hela det skannade området.

Dessa modifieringar ger SIR-PAM ett skärpedjup som är 32 gånger större än vad PAM kunde uppnå samtidigt som de förbättrar sin upplösning till så liten som 90 nanometer (1/1000:e av bredden på ett människohår).

"Detta ger oss möjligheten att titta igenom ogenomskinliga material och se vad som finns inuti, " säger Wang. "Det är som en förlängning av det mänskliga ögat, som Stålmannens röntgensyn."

"Fotoakustik är unik, " säger han. "Den kan skalas för att avbilda allt från strukturer inuti en cell hela vägen upp till en hel organism, ger en aldrig tidigare skådad möjlighet till biologisk forskning med konsekvent bildkontrast."

Uppsatsen har titeln "Rörlig volumetrisk fotoakustisk mikroskopi med rumsligt invariant upplösning."