Onderzoekers hebben een nieuw soort met lucht gevulde optische vezelbundel gefabriceerd die endoscopen die worden gebruikt voor medische procedures zoals minimaal invasieve operaties of bronchoscopieën aanzienlijk zou kunnen verbeteren. De nieuwe technologie kan ook leiden tot endoscopen die beelden produceren met infrarode golflengten, die diagnostische procedures mogelijk zouden maken die tegenwoordig niet mogelijk zijn met endoscopen.

Endoscopen gebruiken bundels optische vezels om beelden vanuit het lichaam door te geven. Licht dat aan het ene uiteinde van de vezelbundel valt, gaat door elke vezel naar het andere uiteinde, waardoor een afbeelding kan worden gedragen in de vorm van duizenden vlekken die veel lijken op de pixels waaruit een digitale afbeelding bestaat.

Optische vezels bestaan ​​uit een binnenkern en een buitenmantel met verschillende optische eigenschappen, die het licht binnenin opsluit en het door de vezel laat reizen. In plaats van kernen en bekledingen van twee soorten glas te gebruiken, zoals de meeste vezelbundels, de nieuwe bundels gebruiken een reeks glazen kernen omgeven door holle glazen capillairen gevuld met lucht die als bekleding fungeren.

In het tijdschrift The Optical Society (OSA) Optica Letters , onderzoekers laten zien dat hun nieuwe vezelbundels, die ze met lucht beklede beeldvormingsvezels noemen, handhaaf de resolutie van de beste commerciële beeldvormingsvezels op het dubbele golflengtebereik dat de commerciële vezels kunnen worden gebruikt. De nieuwe vezel zou kunnen worden gebruikt om endoscopen te maken die kleiner zijn of een hogere resolutie hebben dan de huidige.

"Hogere resolutie is altijd nuttig voor clinici die endoscopische procedures uitvoeren, maar de meest gevoelige banen, zoals die in de hersenen, vereisen meestal de dunste instrumenten, " zei de eerste auteur van de krant, Harry Wood van de Universiteit van Bath. "Deze instrumenten zijn meestal zo smal dat de beeldvezel te weinig kernen bevat om een ​​duidelijk beeld te krijgen. Met onze luchtgecoate bundels kunnen meer vezels in een kleinere diameter worden verpakt en zullen daarom in deze situaties waarschijnlijk bijzonder nuttig zijn."

Naast toepassingen in de medische diagnostiek en behandeling, de nieuwe vezel zou nuttig kunnen zijn voor industriële toepassingen, zoals het bewaken van de inhoud van gevaarlijke machines of het in beeld brengen van de binnenkant van olie- en mineraalboren.

Lucht en glas combineren

Wanneer een bundel vezels een groter aantal kernen bevat binnen een bepaald dwarsdoorsnedegebied, het zal meer gedetailleerde beelden produceren op dezelfde manier dat een camera met meer pixels beelden met een hogere resolutie creëert. Echter, als de kernen te klein en te dicht bij elkaar zijn, licht kan van de ene naar de andere lekken en het beeld wordt wazig.

"De honingraatstructuur die we hebben ontwikkeld, combineert glas en lucht om licht veel strakker in de kernen te houden dan traditionele beeldvezels die twee soorten glas gebruiken. ", aldus Wood. "Hierdoor kunnen we de kernen dichter bij elkaar brengen dan ooit tevoren mogelijk was, of knijp in langere golflengten van licht, zonder de vervaging die zou worden gezien met conventionele benaderingen."

Het feit dat de nieuwe vezels goed werken met golflengten verder in het infrarode deel van het spectrum, zou de ontwikkeling mogelijk maken van endoscopen die fluorescerende markers afbeelden die bij deze golflengten uitzenden. Infraroodlicht kan ook worden gebruikt om cellen af ​​te beelden die dieper in weefsel zijn ingebed dan met zichtbare golflengten kan worden afgebeeld.

"Er zijn fluorescerende markersondes die licht van specifieke golflengten uitzenden als reactie op bepaalde bacteriën of immuuncellen, "zei Wood. "Deze kunnen zeer effectief zijn bij het benadrukken van ziekten in de longen, bijvoorbeeld, maar we kunnen momenteel slechts één of twee van dergelijke sondes gebruiken in het golflengtebereik dat wordt geboden door de hedendaagse endoscooptechnologie."

Vezelprestaties vergelijken

Om de beeldvezels te testen, de onderzoekers maakten een met lucht beklede vezelbundel die overeenkwam met de resolutie van een toonaangevende commerciële vezel omdat deze dezelfde afstand tussen de kernen had. Ze waren in staat om meer dan 11, 000 kernen in de vezel door meerdere kleinere honingraatstructuren op elkaar te stapelen.

De onderzoekers wijzen erop dat het principe achter de nieuwe vezels al jaren bekend is, maar dat fabricage nadert, speciaal voor vezels met luchtspleten, zijn onlangs zo ver gevorderd dat deze vezels kunnen worden gemaakt.

De onderzoekers gebruikten hun nieuwe met lucht beklede vezelbundel en de commerciële vezel om een ​​standaard testdoelbeeld af te beelden. "We waren verheugd te ontdekken dat de met lucht beklede vezel veel verder functioneerde dan het golflengtebereik dat onze zichtbare camera kon detecteren, " zei Wood. "Toen we overstapten op een infraroodcamera, we zagen dat de vezel een helder beeld creëerde op de dubbele golflengte die de commerciële vezel bereikte."