En optisk fiber så tunn som ett hårstrå lovar att användas i minimalt invasiva djupvävnadsstudier av patienters hjärnor som visar effekterna av Alzheimers sjukdom och andra hjärnsjukdomar. Forskningen kan sätta scenen för minimalt invasiv in vivo hjärnavbildning i labbstudier och övervakning av neuronaktivitet över tid hos patienter med neurologiska störningar.

"Den ultratunna multimodefibern skulle lätt passa in i en akupunkturnål, och vi vet att dessa nålar kan sättas in i allas kropp nästan utan smärta, vilket potentiellt möjliggör djupvävnadsavbildning i realtid", säger medförfattaren Benjamin Lochocki, från Vrije Universiteit Amsterdam.

Utmaningen är att effektivt öka bildupplösningen på subcellulär nivå, eftersom förlust av information är oundviklig från ljuskryptering. I APL Photonics , forskare i Nederländerna tar sig an denna utmaning med fläckbaserad kompressionsbild (SBCI) som utnyttjar den lätta förvrängningen av multimodefibrer till sin fördel.

Optiska fibrer, en välkänd lösning för att styra ljus över långa avstånd, har fått alltmer uppmärksamhet inom mikroendoskopi som ett bättre sätt att komma åt djupt liggande vävnad, på grund av deras minimala dimensioner. De eliminerar också behovet av fluorescerande märkning, ett komplicerat och kostsamt steg.

Ljuskryptering åtgärdas vanligtvis genom att forma vågfronten av en infallande stråle för att minska spridning och skapa en fokuserad stråle vid den distala änden av fibern. Denna teknik har dock begränsningar när det gäller inhämtningshastighet och producerar högkvalitativa djupvävnadsbilder.

SBCI ändrar laserstrålens ingångsposition för att skapa flera och okorrelerade slumpmässiga fläckmönster vid fiberutgången. En datoralgoritm kan rekonstruera en bild av objektet baserat på mönstret och dess insamlade information.

Denna "kompressionsavbildning" minskar mängden pixelmätningar som behövs för att rekonstruera en bild av liknande eller bättre kvalitet än den guldstandard rasteravbildning som används i konventionella endoskop och mikroskop. SBCI kan producera högupplösta bilder upp till 11 gånger snabbare, för ett utrymme som är tre gånger så stort, än den traditionella rasterskanningsmetoden.

Tekniken användes för att avbilda lipofuscin, åldersrelaterat fluorescerande pigment som ackumuleras över tiden som metabolt avfall i soma, den del av neuroner som innehåller kärnan och är ansvarig för signalsubstansproduktionen. Onormal ackumulering av lipofuscin kan vara associerad med Alzheimers sjukdomsprogression, även om det finns liten förståelse för denna process.

Pigmentuppbyggnaden visualiserades i ett hjärnvävnadsprov från en donator från en Alzheimerspatient som erhållits genom den nederländska hjärnbanken. + Utforska vidare

Revolutionerande bildbehandling genom en optisk fiber lika bred som ett människohår