Forskare har visat att befintlig optisk fiberteknologi kan användas för att producera mikroskopiska 3D-bilder av vävnad inuti kroppen, banar väg mot 3-D optiska biopsier.

Till skillnad från vanliga biopsier där vävnad skördas och skickas till ett laboratorium för analys, optiska biopsier gör det möjligt för läkare att undersöka levande vävnad i kroppen i realtid.

Detta minimalt invasiva tillvägagångssätt använder ultratunna mikroendoskop för att titta inuti kroppen för diagnos eller under operation, men producerar normalt bara tvådimensionella bilder.

Forskning som leds av RMIT University i Melbourne, Australien, har nu avslöjat 3D-potentialen för den befintliga mikroendoskoptekniken.

Publicerad i Vetenskapliga framsteg , utvecklingen är ett avgörande första steg mot 3-D optiska biopsier, för att förbättra diagnos och precisionskirurgi.

Huvudförfattaren Dr Antony Orth sa att den nya tekniken använder ett ljusfältavbildningssätt för att producera mikroskopiska bilder i stereosyn, liknande de 3D-filmer som du ser med 3D-glasögon.

"Stereosyn är det naturliga formatet för människosyn, där vi tittar på ett objekt från två olika synvinklar och bearbetar dessa i våra hjärnor för att uppfatta djup, "sa Orth, en forskare i RMIT -noden vid ARC Center of Excellence for Nanoscale BioPhotonics (CNBP).

"Vi har visat att det är möjligt att göra något liknande med tusentals små optiska fibrer i ett mikroendoskop.

"Det visar sig att dessa optiska fibrer naturligt fångar bilder från flera perspektiv, ger oss djupuppfattning i mikroskala.

"Vår metod kan bearbeta alla de mikroskopiska bilderna och kombinera synpunkterna för att ge en djupgjord visualisering av vävnaden som undersöks-en bild i tre dimensioner."

Hur det fungerar

Forskningen avslöjade att optiska fiberbuntar överför 3-D-information i form av ett ljusfält.

Utmaningen för forskarna var då att utnyttja den inspelade informationen, ta bort det och skapa en bild som är vettig.

Deras nya teknik övervinner inte bara dessa utmaningar, den fungerar även när den optiska fibern böjer och böjer sig - avgörande för klinisk användning i människokroppen.

Tillvägagångssättet bygger på principerna för ljusfältavbildning, där traditionellt, flera kameror ser på samma scen från lite olika perspektiv.

Ljusfältavbildningssystem mäter vinkeln på strålarna som träffar varje kamera, spela in information om vinkelfördelningen av ljus för att skapa en "multi-viewpoint-bild".

Men hur registrerar du denna vinkelinformation genom en optisk fiber?

"Den viktigaste observationen vi gjorde är att ljusets vinkelfördelning är subtilt dold i detaljerna om hur dessa optiska fiberbuntar överför ljus, "Sa Orth.

"Fibrerna" kommer ihåg "hur ljuset ursprungligen skickades in - ljusmönstret på andra sidan beror på vinkeln vid vilket ljuset kom in i fibern."

Med detta i åtanke, RMIT -forskare och kollegor utvecklade en matematisk ram för att relatera utmatningsmönstren till ljusstrålens vinkel.

"Genom att mäta vinkeln på strålarna som kommer in i systemet, vi kan räkna ut 3D-strukturen för ett mikroskopiskt fluorescerande prov med bara informationen i en enda bild, "Professor Brant Gibson, Chefsutredare och biträdande direktör för CNBP, sa.

"Så det optiska fiberpaketet fungerar som en miniatyriserad version av en ljusfältkamera.

"Det spännande är att vårt tillvägagångssätt är fullt kompatibelt med de optiska fiberbuntarna som redan är i klinisk användning, så det är möjligt att 3D-optiska biopsier kan vara verklighet förr än senare. "

Förutom medicinska tillämpningar, den ultratunna ljusfältbildenheten kan eventuellt användas för in vivo 3-D fluorescensmikroskopi i biologisk forskning.