Los investigadores han fabricado un nuevo tipo de haz de fibra óptica lleno de aire que podría mejorar en gran medida los endoscopios utilizados para procedimientos médicos como cirugías mínimamente invasivas o broncoscopias. La nueva tecnología también podría dar lugar a endoscopios que produzcan imágenes utilizando longitudes de onda infrarrojas, lo que permitiría procedimientos de diagnóstico que hoy no son posibles con endoscopios.
Los endoscopios utilizan haces de fibras ópticas para transmitir imágenes desde el interior del cuerpo. La luz que cae sobre un extremo del haz de fibras viaja a través de cada fibra hasta el otro extremo, permitiendo que una imagen se lleve en forma de miles de puntos que son muy parecidos a los píxeles que componen una imagen digital.
Las fibras ópticas constan de un núcleo interior y un revestimiento exterior con diferentes propiedades ópticas, que atrapa la luz en el interior y le permite viajar por la fibra. En lugar de utilizar núcleos y revestimientos hechos de dos tipos de vidrio como la mayoría de los haces de fibras, los nuevos paquetes utilizan una serie de núcleos de vidrio rodeados por capilares de vidrio huecos llenos de aire que actúan como revestimiento.
En la revista The Optical Society (OSA) Letras de óptica , los investigadores muestran que sus nuevos haces de fibras, que ellos llaman fibras de imagen revestidas de aire, Mantenga la resolución de las mejores fibras de imágenes comerciales al doble del rango de longitud de onda en el que se pueden utilizar las fibras comerciales. La nueva fibra podría usarse para crear endoscopios que sean más pequeños o tengan resoluciones más altas que las disponibles en la actualidad.
"Una resolución más alta siempre es útil para los médicos que realizan procedimientos endoscópicos, pero los trabajos más sensibles, como los del cerebro, generalmente requieren los instrumentos más delgados, "dijo el primer autor del artículo, Harry Wood de la Universidad de Bath. "Estos instrumentos suelen ser tan estrechos que la fibra de imagen contiene muy pocos núcleos para producir una imagen clara. Nuestros haces revestidos de aire permiten que se empaqueten más fibras en un diámetro más pequeño y, por lo tanto, probablemente serán particularmente útiles en estas situaciones".
Además de las aplicaciones en el diagnóstico y el tratamiento médicos, la nueva fibra podría resultar útil para aplicaciones industriales, como la monitorización del contenido de máquinas peligrosas o la obtención de imágenes del interior de perforadoras de petróleo y minerales.
Combinando aire y vidrio
Cuando un haz de fibras contiene un mayor número de núcleos dentro de un área de sección transversal determinada, producirá imágenes más detalladas de la misma manera que una cámara con más píxeles crea imágenes de mayor resolución. Sin embargo, si los núcleos son demasiado pequeños y están muy juntos, la luz puede filtrarse de uno a otro y la imagen se vuelve borrosa.
"La estructura de nido de abeja que desarrollamos combina vidrio y aire para contener la luz con mucha más fuerza en los núcleos que las fibras de imagen tradicionales que utilizan dos tipos de vidrio, ", dijo Wood." Esto nos permite acercar los núcleos más que nunca antes posible, o exprimir longitudes de onda de luz más largas, sin el desenfoque que se vería con los enfoques convencionales ".
El hecho de que las nuevas fibras funcionen bien con longitudes de onda más allá de la porción infrarroja del espectro podría permitir el desarrollo de endoscopios que muestren marcadores fluorescentes que emiten en estas longitudes de onda. La luz infrarroja también se puede utilizar para obtener imágenes de células que están incrustadas más profundamente dentro del tejido que las que se pueden obtener con longitudes de onda visibles.
"Hay sondas de marcadores fluorescentes que emiten luz de longitudes de onda específicas en respuesta a ciertas bacterias o células inmunes, ", dijo Wood." Estos podrían ser muy efectivos para resaltar la enfermedad en el pulmón, por ejemplo, pero actualmente solo podemos usar una o dos de estas sondas en el rango de longitud de onda que ofrece la tecnología de endoscopios actual ".
Comparación del rendimiento de la fibra
Para probar las fibras de imagen, los investigadores hicieron un haz de fibras revestidas de aire que coincidía con la resolución de una fibra comercial líder porque tenía el mismo espacio entre los núcleos. Pudieron incorporar más de 11, 000 núcleos en la fibra apilando múltiples estructuras de panal más pequeñas juntas.
Los investigadores señalan que el principio detrás de las nuevas fibras se conoce desde hace años, pero que los enfoques de fabricación, especialmente para fibras con espacios de aire, Recientemente han avanzado hasta el punto en que se podrían fabricar estas fibras.
Los investigadores utilizaron su nuevo haz de fibra revestida de aire y la fibra comercial para obtener una imagen de una imagen objetivo de prueba estándar. "Nos encantó descubrir que la fibra revestida de aire funcionaba mucho más allá del rango de longitud de onda que nuestra cámara visible podía detectar, ", dijo Wood." Cuando cambiamos a una cámara de infrarrojos, vimos que la fibra creaba una imagen clara al doble de la longitud de onda que alcanzaba la fibra comercial ".
