Beeldvormingstechnologieën zijn de sleutel tot moderne geneeskunde en diagnose in een vroeg stadium, waardoor de patiëntresultaten mogelijk kunnen worden verbeterd. Microscopische beeldvorming stelt onderzoekers en professionals in staat om rechtstreeks in cellen te kijken, waardoor het mogelijk wordt om structuren en processen te visualiseren die ooit onzichtbaar waren. Een belangrijke beperking van de huidige technologie is echter dat microscopische beeldvorming in hoge resolutie beperkt is tot tweedimensionale (2D) beelden verkregen in microscoopglaasjes, terwijl weefselstructuren driedimensionaal zijn (3D). Al tientallen jaren zoeken wetenschappers naar een manier om deze uitdaging aan te gaan en 3D-microscopische beelden te verkrijgen.

Een paper gepubliceerd in Nature Photonics co-auteur van Majid Pahlevani (Electrical and Computer Engineering) en medewerkers van Harvard University beschrijft een nieuwe techniek die geavanceerde microscopen kan verbeteren, waardoor de beeldresolutie kan worden verhoogd, terwijl 3D-microscopische beeldvorming mogelijk wordt.

Een van de belangrijkste uitdagingen van beeldvorming op microscopische schaal is het aanpakken van diffractie - de snelle verspreiding van strak gefocust licht - omdat het fenomeen het verkrijgen van afbeeldingen met een hoge resolutie belemmert. In het onderzoek laten de onderzoekers zien dat een bepaalde dispositie van licht en een pad gecreëerd door een ultradunne optische component bestaande uit een reeks nanokolommen op een glazen oppervlak (zie figuren A en B) de beperkingen kan doorbreken die anders door diffractie worden opgelegd, daarmee het probleem op te lossen. Een optische lens met deze opstelling zou kunnen worden ingebouwd in de volgende generatie microscopische beeldvormingsapparatuur.

"Deze methode, genaamd Bijective Illuminating Collection Imaging (BICI), kan het bereik van beeldvorming met hoge resolutie met meer dan 12 keer vergroten in vergelijking met de modernste beeldvormingstechnieken", zegt Pahlevani, een expert op het gebied van energie en vermogen. elektronica en hun toepassingen in de zorg. Hij is lid van het Queen's Centre for Energy and Power Electronics Research (ePOWER). "In tegenstelling tot conventionele beeldvormingstechnieken, wordt in BICI het licht dat het doelwit verlicht en het licht dat van het doelwit wordt verzameld, over de diepte verdeeld met behulp van de nanostructuren, waardoor het mogelijk wordt om beeldvorming met hoge resolutie over een grote diepte in het weefsel te behouden." P>

Microscopische beeldvorming in drie dimensies maakt tal van biologische en klinische toepassingen mogelijk, zoals het verschaffen van inzicht in de intercellulaire mechanismen, en het mogelijk maken van kankerceldetectie en in vivo (in het lichaam) realtime diagnose.

Een ander belangrijk voordeel van de nieuwe methode is de snelle verwerking ervan. "Computationeel intensieve technieken resulteren in langzame beeldvorming, wat niet geschikt is voor in vivo beeldvorming", legt Dr. Pahlevani uit. "Organen bij levende patiënten zijn niet stationair en bewegen niet, wat aanleiding geeft tot artefacten in beeldvorming. Daarom vereist in vivo beeldvorming snelle technieken." Omdat de nieuwe voorgestelde techniek een optische oplossing is voor het verhogen van de microscopische beeldresolutie, vereist deze geen extra rekencapaciteit.

De Natuurfotonica paper benadrukt kankerdiagnoses als een van de belangrijkste toepassingen voor de nieuwe methode:"Pathologische veranderingen in de vroege stadia van ziekten zoals kanker zijn vaak erg subtiel en kunnen gemakkelijk over het hoofd worden gezien. In vivo beeldvorming met hoge resolutie die in een groot dieptebereik wordt gehouden, heeft de potentieel om vroege en nauwkeurige detectie en diagnose mogelijk te maken." Dr. Pahlevani is ervan overtuigd dat BICI kan worden toegepast op verschillende bestaande beeldvormingstechnieken. + Verder verkennen

Confocale laser spikkel autocorrelatie beeldvorming van dynamische stroming in microvasculatuur