Om du är van vid att få regelbundna hälsokontroller kanske du är bekant med endoskop. Endoskopet är en bildåtergivningsenhet som består av en kamera och en ljusledare fäst vid ett långt flexibelt rör. Det är särskilt användbart för att få bilder av insidan av en människokropp. Till exempel används mag- och kolonendoskopi i stor utsträckning för tidig upptäckt och diagnos av sjukdomar som sår och cancer.

I allmänhet tillverkas ett endoskop genom att man fäster en kamerasensor i änden av en sond eller använder en optisk fiber, vilket gör att information kan överföras med hjälp av ljus. När det gäller ett endoskop som använder en kamerasensor ökar tjockleken på sonden, vilket gör endoskopin ganska invasiv. I fallet med ett endoskop som använder ett optiskt fiberknippe, kan det tillverkas i en tunnare formfaktor, vilket minimerar invasivitet och resulterar i mycket mindre obehag för patienterna.

Nackdelen är dock att i ett konventionellt fiberbuntsendoskop är det svårt att utföra högupplöst bildbehandling, eftersom upplösningen för den erhållna bilden begränsas av storleken på de individuella fiberkärnorna. Mycket av bildinformationen går också förlorad på grund av reflektion från sondens spets. Vid fiberendoskopi är det dessutom ofta nödvändigt att märka målet med fluorescens, särskilt i biologiska prover med låg reflektivitet, på grund av starkt bakreflektionsljud som genereras från spetsen av den tunna sonden.

Nyligen har ett forskarlag under ledning av CHOI Wonshik, biträdande direktör för Center for Molecular Spectroscopy and Dynamics (CMSD) inom Institute for Basic Science (IBS), utvecklat ett högupplöst holografiskt endoskopsystem. Forskarna kunde övervinna den tidigare begränsningen av fiberoptisk endoskopi och kunde rekonstruera högupplösta bilder utan att fästa en lins eller någon utrustning till den distala änden av fiberknippet.

Denna bedrift åstadkoms genom att mäta de holografiska bilderna av ljusvågorna som reflekteras från objektet och fångas av fiberknippet. Forskarna belyste först ett objekt genom att fokusera ljus på en enda kärna av ett fiberknippe och mätte holografiska bilder som reflekterades från objektet på ett visst avstånd från den optiska fibern. I processen med att analysera de holografiska bilderna var det möjligt att rekonstruera objektbilden med en mikroskopisk upplösning genom att korrigera fasfördröjningen som uppstår av varje fiberkärna. Specifikt utvecklades en unik koherent bildoptimeringsalgoritm för att eliminera fiberinducerade fasfördröjningar i både belysnings- och detektionsvägarna och rekonstruera en objektbild med en mikroskopisk upplösning.

Eftersom det utvecklade endoskopet inte fäster någon utrustning i änden av den optiska fibern är diametern på endoskopsonden 350 μm, vilket är tunnare än nålen som används för hypodermisk injektion. Med detta tillvägagångssätt kunde forskare få högupplösta bilder med en rumslig upplösning på 850 nm, vilket är mycket mindre än kärnstorleken för det optiska fiberknippet.

Forskarna fortsatte med att testa det nya Fourier holografiska endoskopisystemet för att avbilda villistrukturen hos möss. Det var möjligt att få en bild med hög kontrast genom att effektivt ta bort bakreflexionsbruset från sonden, även i biologiska prover med mycket låg reflektivitet, såsom råttvilli. Dessutom gjorde efterbearbetning av den uppmätta holografiska informationen det möjligt att rekonstruera 3D-bilder med flera djup från en enda datamängd med en djupupplösning på 14 μm.

Man tror att den praktiska tillämpningen av detta nya endoskop avsevärt kommer att förbättra hur vi kan avbilda de inre strukturerna i vår kropp på ett minimalt invasivt sätt, med lite eller inget obehag för patienter. Det kommer också att öppna möjligheten att direkt observera hålrum så små som mikrokärl och de minsta luftvägarna i lungorna, vilket var omöjligt med redan existerande teknologier. Forskarna föreslog till och med att användningen av deras nya endoskop kan gå långt utöver det medicinska området, eftersom det potentiellt kan vara användbart för industriella inspektioner av halvledare och mikroprocessorer.

Forskningen publicerades i Nature Communications . + Utforska vidare

Nytt fotoakustiskt endoskop passar in i en nål