Je hebt misschien nog nooit gehoord van optische coherentietomografie, of OKT. Maar als u onlangs een oogarts heeft bezocht, de kans is groot dat uw oog binnen een paar centimeter van een scanapparaat kwam dat gebruikmaakt van de technologie. Tienduizenden van deze apparaten zijn aanwezig in dokterspraktijken, waar ze veel worden gebruikt om te controleren op oogziekten.

Nutsvoorzieningen, Wetenschappers van Stanford University hebben ontdekt hoe ze deze hoogwaardige machines kunnen uitrusten met kant-en-klare componenten. de resolutie van LGO verhogen door een meervoudige en veelbelovende eerdere detectie van schade aan het netvlies en het hoornvlies, beginnende tumoren en meer.

De relatief eenvoudige, goedkope oplossing:een paar lenzen, een stuk geslepen glas en wat softwarematige aanpassingen - verwijdert vlekken die sinds de uitvinding in 1991 via OCT zijn verkregen, onvolkomenheden uitwissen. Deze verbetering, gecombineerd met het vermogen van de technologie om optisch tot 2 millimeter in weefsel te dringen, artsen in staat zouden stellen om "virtuele biopsieën, "het visualiseren van weefsel in drie dimensies met een resolutie van microscoopkwaliteit zonder weefsel van patiënten weg te snijden.

In een onderzoek dat op 20 juni online wordt gepubliceerd in Natuurcommunicatie , de onderzoekers testten de verbetering in twee verschillende in de handel verkrijgbare OCT-apparaten. Ze waren in staat om kenmerken op celschaal te zien in intacte weefsels, inclusief in het oor van een levende muis en een menselijke vingertop, zei de senior auteur van de studie, Adam de la Zerda, doctoraat, assistent-professor structurele biologie. De hoofdauteur van de studie is elektrotechnisch afgestudeerde student Orly Liba.

Resolutie verhogen met minimaal knutselen

"We hebben laten zien dat je elk OCT-systeem effectief kunt gebruiken en, met minimale veranderingen, de resolutie verhogen tot het punt waarop het anatomische kenmerken kan detecteren die kleiner zijn dan de grootte van een typische cel, ' zei de la Zerda.

OCT is een miljardenbusiness. Elk jaar, meer dan 10 miljoen OCT-scans worden uitgevoerd om aandoeningen van leeftijdsgebonden maculaire degeneratie tot melanoom te diagnosticeren of te controleren. De technologie is aangepast voor endoscopisch gebruik in pulmonale, gastro-intestinale en cardiovasculaire geneeskunde.

Enigszins analoog aan echografie, OCT dringt optisch door weefsels in plaats van met geluidsgolven. Het apparaat richt laserstralen op een object, bijvoorbeeld een weefselmonster, of het oog van een patiënt - en registreert wat er terugkomt als licht weerkaatst op reflecterende elementen in het monster of de oogbol. De penetratiediepte aanpassen, een gebruiker kan laag op laag van een weefsel scannen en, virtuele plakjes weefsel op elkaar stapelen, assembleer ze om een ​​volumetrisch beeld te genereren.

Maar tot op de dag van vandaag, OCT wordt nog steeds geplaagd door een vorm van lawaai die, in tegenstelling tot de willekeurige ruis die door een sensorsysteem wordt gegenereerd, kan niet worden "weggespoeld" door simpelweg het object van interesse herhaaldelijk in beeld te brengen en de resultaten te middelen met een computerprogramma.

Het geluid dat wordt gegenereerd door OCT, genaamd "spikkel, " is een inherent kenmerk van de architectuur van het object dat wordt bekeken en de unieke eigenschappen van laserlicht.

Een foton is niet zomaar een deeltje. Het is ook een golf waarvan de kracht toeneemt en afneemt tijdens het reizen, vergelijkbaar met een oceaangolf op weg naar de kust. Als twee golven op elkaar botsen, hun gecombineerde hoogte op het moment van hun botsing hangt af van of elk op zijn hoogtepunt was, het is een dal of ergens daartussenin.

Wanneer fotonen uit fase raken

De fotonen waaruit een laserstraal bestaat, zijn in fase:ze delen dezelfde golflengte, met hun pieken en dalen die synchroon lopen. Maar wanneer deze fotonen van twee afzonderlijke oppervlakken afkaatsen, zeg, twee dicht bij elkaar gelegen componenten van een cel - de lengte van hun terugkeerroutes verschilt enigszins, dus ze zijn niet meer in fase. Nutsvoorzieningen, ze kunnen met elkaar interfereren, net als kruisende oceaangolven. Ze kunnen elkaar opheffen, het creëren van een vals-zwarte spikkel op het resulterende beeld. Of ze kunnen elkaar versterken, het creëren van een vals-witte spikkel. Als de posities van de spikkelgenererende componenten vast zijn, zoals het geval is in de meeste weefsels (circulerend bloed is één uitzondering), diezelfde spikkels zullen op elke volgende OCT-scan op dezelfde plaatsen verschijnen.

"Andere onderzoekers hebben verschillende oplossingen geprobeerd, zoals herhaaldelijk scannen onder verschillende hoeken of vanuit opeenvolgende aangrenzende posities of met verschuivende golflengten, of het 'verwijderen' van de spikkels met behulp van computernabewerking, zei de la Zerda. "Maar het resultaat is altijd hetzelfde:een wazig beeld." Het is alsof je sproeten bedekt met een laagje make-up:een gladder uiterlijk, ten koste van verloren details.

In principe, als je met een moleculair pincet naar binnen zou kunnen reiken en een van die twee storende componenten een klein beetje zou kunnen verplaatsen, je zou het spikkelpatroon veranderen. Maar dat kan niet. Echter, de wetenschappers van Stanford een manier hebben gevonden om in wezen hetzelfde te doen, optisch gesproken.

"We wilden de spikkels laten dansen, zodat ze elke keer dat we het weefsel scanden een iets ander patroon hadden, "Zei Liba. "En we hebben een manier gevonden om het te doen."

Een virtuele afbeelding maken

Door een paar extra lenzen in de gezichtslijn van het OCT-apparaat te plaatsen, de onderzoekers waren in staat om een ​​tweede afbeelding te maken - een holograafachtige exacte lookalike van het bekeken monster dat elders langs de gezichtslijn verscheen, tussen de toegevoegde lenzen en het monster. Door wat ze een "diffusor" noemen - een glasplaat die ze hadden opgeruwd door er willekeurig kleine groeven in te etsen - precies op het juiste punt in de zichtlijn te plaatsen en deze methodisch te verplaatsen tussen elke ronde van herhaalde scans, ze bereikten het optische equivalent van het slechts een klein beetje verschuiven van de geografische relatie van de componenten van het monster elke keer dat ze het scanden.

Nutsvoorzieningen, het middelen van de opeenvolgende afbeeldingen verwijderde de spikkels. Het Stanford-team gebruikte de resulterende verbeterde capaciteit om gedetailleerde, in wezen ruisvrije beelden van een levend, verdoofd muisoor.

"We zagen talgklieren, haar follikels, aderen, lymfevaten en meer, ' zei Liba.

Ze verkregen ook afbeeldingen met hoge resolutie van het netvlies en het hoornvlies van een muis. En een incisievrije blik op de vingertop van een van de co-auteurs van het onderzoek liet hen een anatomisch kenmerk zien dat nog nooit eerder was waargenomen met OCT:het bloedlichaampje van Meissner, een zenuwbundel die verantwoordelijk is voor tactiele sensaties.

De technologische vooruitgang lost een 25 jaar oud probleem op dat de diagnostische mogelijkheden van OCT voortdurend beperkt. zei de la Zerda.

Het werk is een voorbeeld van Stanford Medicine's focus op precisiegezondheid, met als doel het anticiperen op en voorkomen van ziekten bij gezonde mensen en het nauwkeurig diagnosticeren en behandelen van ziekten bij zieken.