Als u gewend bent regelmatig gezondheidsonderzoeken te ondergaan, bent u wellicht bekend met endoscopen. De endoscoop is een beeldvormend apparaat dat bestaat uit een camera en een lichtgeleider die aan een lange flexibele buis is bevestigd. Het is vooral handig voor het maken van afbeeldingen van de binnenkant van een menselijk lichaam. Zo wordt endoscopie van de maag en de dikke darm veel gebruikt voor de vroege detectie en diagnose van ziekten zoals zweren en kankers.

Over het algemeen wordt een endoscoop vervaardigd door een camerasensor aan het uiteinde van een sonde te bevestigen of door een optische vezel te gebruiken, waardoor informatie kan worden overgedragen met behulp van licht. In het geval van een endoscoop die gebruik maakt van een camerasensor, neemt de dikte van de sonde toe, wat de endoscopie nogal invasief maakt. In het geval van een endoscoop die gebruikmaakt van een optische vezelbundel, kan deze worden vervaardigd in een dunnere vormfactor, wat de invasiviteit minimaliseert en resulteert in veel minder ongemak voor de patiënten.

Het nadeel is echter dat het in een conventionele vezelbundelendoscoop moeilijk is om beeldvorming met hoge resolutie uit te voeren, omdat de resolutie van het verkregen beeld wordt beperkt door de grootte van de afzonderlijke vezelkernen. Veel van de beeldinformatie gaat ook verloren door reflectie van de sondetip. Bovendien is het bij vezelendoscopie vaak nodig om het doelwit te labelen met fluorescentie, vooral in biologische monsters met een lage reflectiviteit, vanwege de sterke terugreflectieruis die wordt gegenereerd door de punt van de dunne sonde.

Onlangs heeft een onderzoeksteam onder leiding van CHOI Wonshik, de Associate Director van het Center for Molecular Spectroscopy and Dynamics (CMSD) binnen het Institute for Basic Science (IBS), een holografisch endoscoopsysteem met hoge resolutie ontwikkeld. De onderzoekers waren in staat om de eerdere beperking van glasvezelendoscopie te overwinnen en waren in staat om beelden met een hoge resolutie te reconstrueren, zonder een lens of apparatuur aan het distale uiteinde van de vezelbundel te bevestigen.

Deze prestatie werd bereikt door de holografische beelden te meten van de lichtgolven die door het object worden gereflecteerd en door de vezelbundel worden opgevangen. De onderzoekers belichtten eerst een object door licht te focussen op een enkele kern van een vezelbundel en maten holografische beelden die op een bepaalde afstand van de optische vezel door het object werden gereflecteerd. Tijdens het analyseren van de holografische beelden was het mogelijk om het objectbeeld te reconstrueren met een microscopische resolutie door de fasevertraging die optreedt bij elke vezelkern te corrigeren. In het bijzonder werd een uniek coherent beeldoptimalisatie-algoritme ontwikkeld om vezelgeïnduceerde fasevertragingen in zowel de verlichtings- als detectieroutes te elimineren en een objectbeeld te reconstrueren met een microscopische resolutie.

Omdat de ontwikkelde endoscoop geen apparatuur aan het uiteinde van de optische vezel bevestigt, is de diameter van de endoscoopsonde 350 m, wat dunner is dan de naald die wordt gebruikt voor hypodermische injectie. Met deze aanpak konden onderzoekers beelden met een hoge resolutie verkrijgen met een ruimtelijke resolutie van 850 nm, wat veel kleiner is dan de kerngrootte van de optische vezelbundel.

De onderzoekers gingen verder met het testen van het nieuwe Fourier holografische endoscopiesysteem om de villistructuur van muizen in beeld te brengen. Het was mogelijk om een ​​hoog contrastbeeld te verkrijgen door de terugreflectieruis van de sonde effectief te verwijderen, zelfs in biologische monsters met een zeer lage reflectiviteit, zoals rattenvlokken. Bovendien maakte nabewerking van de gemeten holografische informatie het mogelijk om 3D-beelden met meerdere diepten te reconstrueren uit een enkele gegevensset met een diepteresolutie van 14 m.

Er wordt aangenomen dat de praktische toepassing van deze nieuwe endoscoop de manier waarop we de interne structuren van ons lichaam op een minimaal invasieve manier in beeld kunnen brengen aanzienlijk zal verbeteren, met weinig tot geen ongemak voor patiënten. Het zal ook de mogelijkheid openen om holtes zo klein als microvaten en de kleinste luchtwegen in de longen direct te observeren, wat onmogelijk was met reeds bestaande technologieën. De onderzoekers suggereerden zelfs dat de toepassing van hun nieuwe endoscoop veel verder kan gaan dan het medische veld, omdat het potentieel nuttig kan zijn voor industriële inspecties van halfgeleiders en microprocessors.

Het onderzoek is gepubliceerd in Nature Communications . + Verder verkennen

Nieuwe fotoakoestische endoscoop past in naald