Caltech-ingenieurs hebben een techniek verbeterd voor het maken van driedimensionale (3D) microscopische afbeeldingen van weefsel, waardoor ze met grotere precisie dan voorheen in levende wezens kunnen kijken.

De technologie, genaamd 3-D foto-akoestische microscopie (PAM), beschiet weefsel met een laserstraal. Omdat de energie in het laserlicht wordt geabsorbeerd, het zorgt ervoor dat het weefsel ultrasoon gaat trillen. Die trillingen worden opgevangen door sensoren en gebruikt om een ​​beeld van de interne structuren van het weefsel samen te stellen in een proces dat vergelijkbaar is met ultrasone beeldvorming.

De techniek is uitgevonden door Lihong Wang, Caltech's Bren hoogleraar medische technologie en elektrotechniek, en zijn team in het Caltech Optical Imaging Laboratory, onderdeel van het Andrew en Peggy Cherng Department of Medical Engineering in de Division of Engineering and Applied Science.

Een beperking van de technologie tot nu toe was de beperkte scherptediepte - het bereik waarop objecten scherp zijn. Dit fenomeen zal bekend zijn bij iedereen die een camera heeft gebruikt. Wanneer de camera is scherpgesteld op een object in de buurt, objecten op de achtergrond zullen wazig zijn. Als de camera is scherpgesteld op iets in de verte, objecten in de buurt zijn wazig.

Hoewel dergelijke vervaging een kunstzinnige flair kan toevoegen op Instagram, het is niet wenselijk in 3D medische beeldvorming, dus gingen Wang en zijn team hun technologie aanpassen om het effect te minimaliseren. In een paper gepubliceerd in het nummer van 3 oktober van Natuurcommunicatie , ze beschrijven een gewijzigde vorm van de technologie die ze ruimtelijk invariante resolutie fotoakoestische microscopie noemen, of SIR-PAM.

SIR-PAM bouwt voort op eerdere PAM-technologie door de laserstraal voor te verwerken met een gespecialiseerde optische chip die in bepaalde typen tv's en projectoren wordt aangetroffen. De chip splitst de straal in tweeën, en elk van die stralen bombardeert het af te beelden object vanuit een andere hoek.

Wanneer de stralen elkaar in het object kruisen, ze creëren precieze interferentiepatronen die akoestische handtekeningen leveren die nodig zijn om een ​​duidelijk 3D-beeld van interne structuren in het hele gescande gebied te construeren.

Deze aanpassingen geven SIR-PAM een scherptediepte die 32 keer groter is dan wat PAM zou kunnen bereiken, terwijl ook de resolutie wordt verbeterd tot 90 nanometer (1/1000ste van de breedte van een mensenhaar).

"Dit geeft ons de mogelijkheid om door ondoorzichtige materialen te kijken en te zien wat erin zit, ", zegt Wang. "Het is als een verlengstuk van het menselijk oog, zoals Superman's röntgenvisie."

"Foto-akoestiek is uniek, "zegt hij. "Het kan worden geschaald om alles in beeld te brengen, van structuren in een cel tot een heel organisme, biedt een ongekende kans voor biologisch onderzoek op alle schaal met consistent beeldcontrast."

Het artikel is getiteld "Bewegingsloze volumetrische foto-akoestische microscopie met ruimtelijk invariante resolutie."