Bildtekniker är nyckeln till modern medicin och diagnos i ett tidigt skede, vilket potentiellt kan förbättra patienternas resultat. Mikroskopisk avbildning gör att forskare och proffs kan titta direkt in i celler, vilket gör det möjligt att visualisera strukturer och processer som en gång var osynliga. En viktig begränsning av nuvarande teknik är dock att mikroskopisk avbildning i hög upplösning är begränsad till tvådimensionella (2D) bilder erhållna i objektglas, medan vävnadsstrukturer är tredimensionella (3D). I decennier har forskare letat efter ett sätt att ta itu med denna utmaning och få mikroskopiska 3D-bilder.

En artikel publicerad i Nature Photonics medförfattare av Majid Pahlevani (Electrical and Computer Engineering) och medarbetare vid Harvard University beskriver en ny teknik som kan förbättra toppmoderna mikroskop, vilket möjliggör en ökning av bildupplösningen, samtidigt som 3D-mikroskopisk avbildning är möjlig.

En av de största utmaningarna med avbildning i mikroskopisk skala är att hantera diffraktion – den snabba spridningen av hårt fokuserat ljus – eftersom fenomenet hindrar erhållandet av högupplösta bilder. I studien visar forskarna att en viss disposition av ljus och en väg skapad av en ultratunn optisk komponent som består av en rad nanokolonner på en glasyta (se figurerna A och B) kan bryta de begränsningar som annars sätts av diffraktion, därmed lösa problemet. En optisk lins med detta arrangemang skulle kunna byggas in i nästa generation av mikroskopiska bildanordningar.

"Denna metod, som kallas bijective illumination collection imaging (BICI), kan utöka utbudet av högupplöst bildbehandling med över 12 gånger jämfört med de senaste avbildningsteknikerna", säger Pahlevani, expert på energi och kraft. elektronik och dess tillämpningar inom vården. Han är medlem i Queen's Center for Energy and Power Electronics Research (ePOWER). "Till skillnad från konventionella avbildningstekniker, i BICI, fördelas ljuset som belyser målet och ljuset som samlas in från målet utmed djupet med hjälp av nanostrukturerna, vilket gör det möjligt att bevara högupplösta bilder längs ett stort djup in i vävnaden."

Mikroskopisk avbildning i tre dimensioner möjliggör många biologiska och kliniska tillämpningar, som att ge insikt i de intercellulära mekanismerna och möjliggöra upptäckt av cancerceller och in vivo (i kroppen) realtidsdiagnos.

En annan viktig fördel med den nya metoden är hur snabb den är att bearbeta. "Beräkningsintensiva tekniker resulterar i långsam avbildning, vilket inte är lämpligt för in vivo-avbildning", förklarar Dr. Pahlevani. "Organ hos levande patienter är inte stationära och rör sig, vilket ger upphov till artefakter vid bildbehandling. Därför kräver in vivo-avbildning snabba tekniker." Eftersom den nya föreslagna tekniken är en optisk lösning för att öka mikroskopisk bildupplösning, kräver den inte ytterligare beräkningskapacitet.

Naturfotoniken paper lyfter fram cancerdiagnoser som en av de viktigaste tillämpningarna för den nya metoden:"Patologiska förändringar i de tidiga stadierna av sjukdomar som cancer är ofta mycket subtila och kan lätt förbises. In vivo högupplöst bildbehandling som bibehålls i ett stort djupområde potential för att möjliggöra tidig och korrekt upptäckt och diagnos." Dr. Pahlevani är övertygad om att BICI kan tillämpas på flera befintliga avbildningstekniker. + Utforska vidare

Konfokal autokorrelationsavbildning med laserfläckar av dynamiskt flöde i mikrovaskulatur