Een team van natuurkundigen, geleid door Dr. David Phillips van de Universiteit van Exeter, hebben een nieuwe manier gevonden om licht te beheersen dat is vervormd door een enkele haardunne streng optische vezel te passeren. Deze ultradunne vezels zijn veelbelovend voor de volgende generatie medische endoscopen, waardoor beeldvorming met hoge resolutie diep in het lichaam aan de punt van een naald mogelijk is.

Conventionele endoscopen zijn millimeters breed en hebben een beperkte resolutie, zodat ze niet kunnen worden gebruikt om individuele cellen te inspecteren. Enkele optische vezels zijn ongeveer 10x smaller en kunnen beeldvorming met een veel hogere resolutie mogelijk maken - genoeg om de kenmerken van individuele cellen direct in levend weefsel te onderzoeken. Het is normaal gesproken alleen mogelijk om cellen te bekijken nadat ze uit het lichaam zijn genomen en in een microscoop zijn geplaatst.

Het probleem is dat we niet rechtstreeks door optische vezels kunnen kijken, terwijl ze het licht door elkaar gooien dat door hen heen wordt gestuurd. Dit probleem kan worden opgelost door eerst een optische vezel te kalibreren om te begrijpen hoe deze beelden vervaagt, en vervolgens deze kalibratie-informatie te gebruiken als een sleutel om beelden van het vervormde licht te ontcijferen. Eerder dit jaar, De groep van Dr. Phillips ontwikkelde een manier om deze sleutel extreem snel te meten, in samenwerking met onderzoekers van de Boston University in de VS, en het Liebniz Institute of Photonic Technologies in Duitsland [paper:Compressively bemonstering van de optische transmissiematrix van een multimode-vezel, gepubliceerd in Licht:wetenschap en toepassingen , 21 april 2021].

Echter, de gemeten sleutel is erg kwetsbaar, en gemakkelijk verandert als de vezel buigt of draait, waardoor de implementatie van deze technologie in echte klinische omgevingen momenteel zeer uitdagend is. Om dit probleem op te lossen, het op Exeter gebaseerde team heeft nu een nieuwe manier ontwikkeld om bij te houden hoe de sleutel voor het decoderen van afbeeldingen verandert terwijl de vezel in gebruik is. Dit biedt een manier om beeldvorming met hoge resolutie te behouden, zelfs als een micro-endoscoop op basis van een enkele vezel buigt. De onderzoekers bereikten dit door een concept te lenen dat in de astronomie wordt gebruikt om atmosferische turbulentie te doorzien en dit toe te passen om door optische vezels te kijken. De methode is gebaseerd op een 'gidsster', in hun geval een klein, helder fluorescerend deeltje aan het uiteinde van de vezel. Licht van de gidsster codeert hoe de sleutel verandert wanneer de vezel buigt, waardoor de beeldvorming niet wordt verstoord.

Dit is een belangrijke stap vooruit voor de ontwikkeling van flexibele ultradunne endoscopen. Dergelijke beeldvormingsapparatuur kan worden gebruikt om biopsienaalden naar de juiste plaats te leiden, en helpen bij het identificeren van zieke cellen in het lichaam.

Dr. Philips, een universitair hoofddocent in de afdeling Natuur- en Sterrenkunde aan de Universiteit van Exeter, zei:"We hopen dat ons werk de visualisatie van subcellulaire processen diep in het lichaam een ​​stap dichter bij de realiteit brengt - en helpt om deze technologie van het laboratorium naar de kliniek te vertalen."