Een optische vezel zo dun als een haarlok is veelbelovend voor gebruik in minimaal invasieve diepe weefselstudies van de hersenen van patiënten die de effecten van de ziekte van Alzheimer en andere hersenaandoeningen aantonen. Het onderzoek zou de weg kunnen banen voor minimaal invasieve in vivo hersenbeeldvorming in laboratoriumstudies en het monitoren van neuronale activiteit in de loop van de tijd bij patiënten met neurologische aandoeningen.

"De ultradunne multimode-vezel zou gemakkelijk in een acupunctuurnaald passen, en we weten dat deze naalden met bijna geen pijn in het lichaam van iedereen kunnen worden ingebracht, waardoor mogelijk diepe weefselbeeldvorming in realtime mogelijk wordt", zegt co-auteur Benjamin Lochocki van de Vrije Universiteit. Amsterdam.

De uitdaging is het efficiënt verhogen van de beeldresolutie op subcellulair niveau, omdat het verlies van informatie onvermijdelijk is door licht klauteren. In APL Fotonica , onderzoekers in Nederland pakken deze uitdaging aan met op spikkels gebaseerde compressieve beeldvorming (SBCI) die het licht versleutelen van multimode-vezels in hun voordeel benut.

Optische vezels, een goed begrepen oplossing om licht over lange afstanden te geleiden, hebben in de micro-endoscopie steeds meer aandacht gekregen als een betere manier om toegang te krijgen tot diepliggend weefsel, vanwege hun minuscule afmetingen. Ze elimineren ook de noodzaak voor fluorescerende etikettering, een ingewikkelde en kostbare stap.

Lichtscrambling wordt typisch aangepakt door het golffront van een invallende straal vorm te geven om verstrooiing te verminderen en een gefocusseerde straal aan het distale uiteinde van de vezel te creëren. Deze techniek heeft echter beperkingen in de acquisitiesnelheid en het produceren van diepe weefselbeelden van hoge kwaliteit.

SBCI verandert de ingangspositie van de laserstraal om meerdere en niet-gecorreleerde willekeurige spikkelpatronen aan de vezeluitgang te creëren. Een computeralgoritme kan een afbeelding van het object reconstrueren op basis van het patroon en de verzamelde informatie.

Deze "compressieve beeldvorming" vermindert de hoeveelheid pixelmetingen die nodig zijn om een ​​beeld van vergelijkbare of betere kwaliteit te reconstrueren dan de gouden standaard rasterbeeldvorming die wordt gebruikt in conventionele endoscopen en microscopen. SBCI kan afbeeldingen met een hoge resolutie tot 11 keer sneller produceren, voor een ruimte die drie keer zo groot is, dan de traditionele rasterscanbenadering.

De techniek werd gebruikt om lipofuscine af te beelden, leeftijdsgebonden fluorescerend pigment dat zich in de loop van de tijd ophoopt als metabolisch afval in de soma, het deel van neuronen dat de kern bevat en verantwoordelijk is voor de productie van neurotransmitters. Abnormale accumulatie van lipofuscine kan in verband worden gebracht met de progressie van de ziekte van Alzheimer, hoewel er weinig begrip is van dit proces.

De pigmentopbouw werd gevisualiseerd in een hersenweefselmonster van een Alzheimerpatiëntdonor verkregen via de Nederlandse Hersenbank. + Verder verkennen

Revolutionaire beeldvorming via een optische vezel met de breedte van een mensenhaar