Onderzoekers hebben een nieuwe endoscoop gedemonstreerd die op unieke wijze fotoakoestische en fluorescerende beeldvorming combineert in een apparaat met de dikte van een mensenhaar. Het apparaat zou op een dag nieuwe inzichten in de hersenen kunnen bieden door de bloeddynamiek te meten op hetzelfde moment als de neuronale activiteit.

"Het combineren van deze beeldvormende modaliteiten zou ons begrip van de structuur en het gedrag van de hersenen in specifieke omstandigheden kunnen verbeteren, zoals na behandeling met een gericht medicijn, "Zei onderzoeksteamleider Emmanuel Bossy van het CNRS / Université Grenobe Alpes Laboratoire Interdisciplinaire de Physique. "Het kleine formaat van de endoscoop helpt schade aan weefsel te minimaliseren wanneer het in de hersenen van kleine dieren wordt ingebracht voor beeldvorming."

In het tijdschrift The Optical Society (OSA) Biomedische Optica Express , Bossy's onderzoeksteam, in samenwerking met het team van Paul C. Beard van University College London, beschrijven hun nieuwe multimodale endoscoop en laten zien dat deze foto-akoestische en fluorescerende beelden van rode bloedcellen en fluorescerende kralen kan verkrijgen.

Twee afbeeldingen zijn beter dan één

Het verkrijgen van fluorescentie- en fotoakoestische beelden met hetzelfde apparaat levert automatisch co-geregistreerde beelden op met aanvullende informatie. Fluorescerende signalen, die ontstaan ​​wanneer een fluorescerende marker licht absorbeert en weer uitstraalt met een andere golflengte, zijn het meest bruikbaar voor het labelen van specifieke weefselgebieden. Anderzijds, fotoakoestische beelden, die een akoestische golf opvangen die wordt gegenereerd na de absorptie van licht, hebben geen labels nodig en kunnen dus worden gebruikt om de bloeddynamiek in beeld te brengen, bijvoorbeeld.

De nieuwe endoscoop maakt gebruik van een techniek die optische golffrontvorming wordt genoemd om een ​​gefocusseerde lichtvlek te creëren op de beeldpunt van een zeer kleine multimode optische vezel. "Licht dat zich voortplant in een multimode-vezel wordt vervormd, waardoor het onmogelijk is om door de vezel te kijken, "zei Bossy. "Echter, dit type vezel is voordelig voor endoscopie omdat het extreem klein is in vergelijking met de bundels beeldvezels die voor veel medische endoscopische apparaten worden gebruikt."

Om door de multi-mode optische vezel te kijken, de onderzoekers gebruikten de ruimtelijke lichtmodulator om specifieke lichtpatronen door de vezel te sturen en een focusvlek te creëren aan het beelduiteinde. Wanneer de focusvlek het monster raakt, het creëert een signaal dat kan worden gebruikt om punt voor punt een beeld op te bouwen door de plek over het monster te rasteren. Hoewel andere onderzoekers multimode-vezels hebben gebruikt voor fluorescentie-endoscopie, het nieuwe werk is de eerste keer dat fotoakoestische beeldvorming is opgenomen in dit type endoscoopontwerp.

Geluidsgevoeligheid toevoegen

De onderzoekers voegden fotoakoestische beeldvorming toe door een extra, zeer dunne glasvezel met een speciale sensortip die gevoelig is voor geluid. Omdat in de handel verkrijgbare akoestische glasvezelsensoren niet gevoelig of klein genoeg zijn voor deze toepassing, de onderzoekers gebruikten een zeer gevoelige glasvezelsensor die onlangs is ontwikkeld door het onderzoeksteam van Beard.

"De gefocusseerde lichtvlek stelt ons in staat om het beeld pixel voor pixel op te bouwen en tegelijkertijd de sterkte van fluorescentie en foto-akoestische signalen te vergroten, omdat het het licht op het brandpunt concentreert, ", legt Bossy uit. "Dit geconcentreerde licht in combinatie met een gevoelige detector maakte het mogelijk om beelden te verkrijgen met slechts één laserpuls per pixel, terwijl commerciële optische glasvezelsensoren veel laserpulsen nodig zouden hebben."

De onderzoekers fabriceerden een prototype micro-endoscoop van slechts 250 bij 125 micron in het kwadraat en gebruikten het om fluorescerende kralen en bloedcellen af ​​​​te beelden met behulp van beide beeldvormende modaliteiten. Ze hebben met succes meerdere fluorescerende kralen van 1 micron en individuele rode bloedcellen van 6 micron gedetecteerd.

Omdat fluorescentie-endoscopie in de hersenen van knaagdieren is uitgevoerd door andere wetenschappers, de onderzoekers zijn ervan overtuigd dat hun apparaat met dubbele modaliteit in vergelijkbare omstandigheden zal werken. Ze werken nu verder aan het verhogen van de acquisitiesnelheid van het apparaat, met als doel een paar beelden per seconde te krijgen.