Fig. 1:Fälttransformationer genom multimodfibrer. Från:Minneseffektsassisterad bildåtergivning genom multimode optiska fibrer
Ett team av fysiker, ledd av Dr. David Phillips från University of Exeter, har banat väg för ett nytt sätt att kontrollera ljus som har förvrängts genom passage genom en enda hårtunn tråd av optisk fiber. Dessa ultratunna fibrer lovar mycket för nästa generation av medicinska endoskop – vilket möjliggör högupplöst bildbehandling djupt inne i kroppen vid spetsen av en nål.
Konventionella endoskop är millimeter breda och har begränsad upplösning - så de kan inte användas för att inspektera enskilda celler. Enstaka optiska fibrer är ungefär 10 gånger smalare och kan möjliggöra mycket högre upplösning - tillräckligt för att undersöka egenskaperna hos enskilda celler direkt inuti levande vävnad. Det är normalt bara möjligt att se celler när de har tagits utanför kroppen och placerats i ett mikroskop.
Haken är att vi inte direkt kan se genom optiska fibrer, när de förvränger ljuset som sänds genom dem. Detta problem kan lösas genom att först kalibrera en optisk fiber för att förstå hur den suddar ut bilder, och sedan använda denna kalibreringsinformation som en nyckel för att dechiffrera bilder från det förvrängda ljuset. Tidigare i år, Dr. Phillips grupp utvecklade ett sätt att mäta denna nyckel extremt snabbt, i samarbete med forskare från Boston University i USA, och Liebniz Institute of Photonic Technologies i Tyskland [papper:Komprimerande sampling av den optiska transmissionsmatrisen för en multimodfiber, publiceras i Ljus:Vetenskap och tillämpningar , 21 april 2021].
Fig. 2:Den kvasi-radiala minneseffekten i MMF. Från:Minneseffektsassisterad bildåtergivning genom multimode optiska fibrer
Dock, den uppmätta nyckeln är mycket ömtålig, och ändras enkelt om fibern böjer sig eller vrider sig, vilket gör implementeringen av denna teknik i verkliga kliniska miljöer för närvarande mycket utmanande. För att övervinna detta problem, det Exeter-baserade teamet har nu utvecklat ett nytt sätt att hålla reda på hur nyckeln för bildavkodning ändras medan fibern används. Detta ger ett sätt att bibehålla högupplöst bildåtergivning även när ett enfiberbaserat mikroendoskop böjs. Forskarna uppnådde detta genom att låna ett koncept som används inom astronomi för att se igenom atmosfärisk turbulens och använda det för att titta igenom optiska fibrer. Metoden bygger på en ”ledstjärna” – som i deras fall är en liten ljust fluorescerande partikel i änden av fibern. Ljus från ledstjärnan kodar hur nyckeln förändras när fibern böjs, på så sätt säkerställer att avbildningen inte störs.
Detta är ett viktigt framsteg för utvecklingen av flexibla ultratunna endoskop. Sådana avbildningsanordningar kan användas för att styra biopsinålar till rätt plats, och hjälpa till att identifiera sjuka celler i kroppen.
Dr. Phillips, en docent vid avdelningen för fysik och astronomi vid University of Exeter, sa:"Vi hoppas att vårt arbete tar visualiseringen av subcellulära processer djupt inne i kroppen ett steg närmare verkligheten - och hjälper till att översätta denna teknik från labbet till kliniken."
