Winzige linsenlose Endoskop erfasst 3D-Bilder von Objekten, die kleiner als eine Zelle: Selbst-Kalibrieren-Technologie eröffnet neue Möglichkeiten für Medizin und Forschung

Winzige linsenlose Endoskop erfasst 3D-Bilder von Objekten, die kleiner als eine Zelle: Selbst-Kalibrieren-Technologie eröffnet neue Möglichkeiten für Medizin und Forschung

Forscher entwickelten ein neues selbst-Kalibrierung Endoskop erzeugt 3D-Bilder von Objekten, die kleiner als eine einzelne Zelle. Ohne eine Linse oder eine optische, elektrische oder mechanische Komponenten, die Spitze des Endoskops Maßnahmen, die nur 200 Mikrometer quer über die Breite von ein paar menschliche Haare zusammen gedreht.

Als minimal-invasives Werkzeug für imaging-Funktionen innerhalb lebender Gewebe, das extrem dünne Endoskop-ermöglichen könnte, in einer Vielzahl von Forschungs-und medizinischen Anwendungen. Die Forschungsergebnisse werden präsentiert auf der Frontiers in Optics Laser Science (FIO LS) Konferenz September 15-19 in Washington, DC, U. S. A.

Nach Jürgen W. Czarske, Direktor und C4-Professor an der TU Dresden und führen Autor auf dem Papier: „Die lensless-fiber-Endoskop ist etwa die Größe einer Nadel, so dass es zu minimal-invasiven Zugang und der high-contrast-imaging als auch die stimulation mit einem robusten Kalibrierung gegen verbiegen oder verdrehen der Faser.“ Das Endoskop ist wahrscheinlich vor allem für die optogenetik-Forschung Ansätze, die mit Licht zu stimulieren die Zellaktivität. Es könnte auch nützlich für die überwachung von Zellen und Geweben während der medizinischen Verfahren sowie für technische Inspektionen.

Ein self-calibrating system

Konventionelle Endoskope Einsatz von Kameras und Licht, um Bilder im inneren des Körpers. In den letzten Jahren haben Forscher entwickelt alternative Möglichkeiten, um Bilder aufzunehmen, die durch optische Fasern, wodurch die Notwendigkeit für sperrige Kameras und andere sperrige Komponenten, so dass für deutlich dünnere Endoskope. Trotz Ihrer Versprechen, jedoch werden diese Technologien leiden unter Einschränkungen wie die Unfähigkeit zu tolerieren Temperaturschwankungen oder biegen und verdrehen der Faser.

Eine große Hürde für diese Technologien praktisch ist, dass Sie erfordern komplizierte Kalibrierung Prozessen, in vielen Fällen, während die Faser ist Bilder zu sammeln. Um dies zu beheben, haben die Forscher Hinzugefügt eine dünne Glasplatte, die nur 150 Mikrometer dick, an der Spitze einer kohärenten Faserbündel, eine Art von optischer Faser, die Häufig in der Endoskopie-Anwendungen. Der coherent fiber bundle, die im experiment benutzt wurde, etwa 350 Mikrometer breit und Bestand von 10.000 Kerne.

Wenn der central fiber core ist beleuchtet, es gibt einen Strahl, der reflektiert wird, in die Faser-Bündel und dient als virtueller guide star für die Messung, wie das Licht übertragen wird, bekannt als der optische transfer-Funktion. Der optische transfer-Funktion liefert wichtige Daten, die das system verwendet, sich selbst zu Kalibrieren on-the-fly.

Halten Sie die Ansicht im Fokus

Eine wichtige Komponente der neuen Einrichtung ist ein spatial light modulator, der verwendet wird, um zu manipulieren, die Richtung des Lichts und aktivieren der remote-Fokussierung. Der spatial light modulator kompensiert die optische übertragungsfunktion, und die Bilder auf der Faserbündel. Das zurück-reflektierte Licht aus der Faser-Bündel erfasst die Kamera ein und überlagert mit einer referenzwelle zur Messung der Licht-phase.

Die position des virtuellen Stern bestimmt das instrument die Schärfe, die mit einer minimalen fokusdurchmesser von etwa einem Mikrometer. Die Forscher verwendeten eine adaptive Linse und einer 2D-galvometer Spiegel zum Fokus und ermöglichen das Scannen in verschiedenen tiefen.

Demonstration 3D-Bildgebung

Das team getestet Ihre Gerät, indem Sie es zum Bild einer 3D-Probe im 140-Mikron dicken Deckglas. Scannen der Bildebene in 13 Schritten über 400 Mikrometer mit einer Bildrate von 4 Zyklen pro Sekunde, die das Gerät erfolgreich abgebildet Partikel an der Ober-und Unterseite des 3D-Probe. Jedoch seinen Schwerpunkt verschlechtert das galvometer Spiegel Winkel erhöht. Die Forscher schlagen vor künftigen Arbeit könnte dieser Einschränkung. Darüber hinaus, mit einem galvometer scanner mit einer höheren frame-rate könnte eine schnellere Bildaufnahme.

„Der neuartige Ansatz ermöglicht sowohl eine Echtzeit-Kalibrierung und Bildgebung mit minimal-Invasivität, wichtig für die in-situ 3D-imaging, lab-on-a-chip-basierte Zelle mechanische manipulation, deep tissue in vivo optogenetik und der Schlüssel-Loch-technische Prüfungen“, sagte Czarske.