Los investigadores han desarrollado un nuevo endoscopio autocalibrado que produce imágenes tridimensionales de objetos más pequeños que una sola célula. Sin lente ni óptica, componentes eléctricos o mecánicos, la punta del endoscopio mide solo 200 micrones de ancho, aproximadamente del ancho de unos pocos cabellos humanos entrelazados.

Como una herramienta mínimamente invasiva para obtener imágenes de características dentro de los tejidos vivos, el endoscopio extremadamente delgado podría permitir una variedad de aplicaciones médicas y de investigación. La investigación se presentará en la conferencia Frontiers in Optics + Laser Science (FIO + LS), celebrado del 15 al 19 de septiembre en Washington, CORRIENTE CONTINUA., ESTADOS UNIDOS.

Según Juergen W. Czarske, Director y profesor C4 en TU Dresden, Alemania y autor principal del artículo:"El endoscopio de fibra sin lentes tiene aproximadamente el tamaño de una aguja, lo que le permite tener un acceso mínimamente invasivo e imágenes de alto contraste, así como estimulación con una calibración robusta contra la flexión o torsión de la fibra ". Es probable que el endoscopio sea especialmente útil para optogenética, enfoques de investigación que utilizan la luz para estimular la actividad celular. También podría resultar útil para controlar células y tejidos durante procedimientos médicos, así como para inspecciones técnicas.

Un sistema de autocalibración

Los endoscopios convencionales usan cámaras y luces para capturar imágenes dentro del cuerpo. En los últimos años, los investigadores han desarrollado formas alternativas de capturar imágenes a través de fibras ópticas, eliminando la necesidad de cámaras voluminosas y otros componentes voluminosos, permitiendo endoscopios significativamente más delgados. A pesar de su promesa, sin embargo, estas tecnologías adolecen de limitaciones como la incapacidad para tolerar las fluctuaciones de temperatura o la flexión y torsión de la fibra.

Un obstáculo importante para hacer prácticas estas tecnologías es que requieren procesos de calibración complicados, en muchos casos mientras la fibra está recolectando imágenes. Para abordar esto, los investigadores agregaron una placa de vidrio delgada, solo 150 micrones de espesor, hasta la punta de un haz de fibras coherente, un tipo de fibra óptica que se usa comúnmente en aplicaciones de endoscopia. El haz de fibras coherente utilizado en el experimento tenía aproximadamente 350 micrones de ancho y constaba de 10, 000 núcleos.

Cuando el núcleo de fibra central está iluminado, emite un rayo que se refleja en el haz de fibras y sirve como una estrella guía virtual para medir cómo se transmite la luz, conocida como función de transferencia óptica. La función de transferencia óptica proporciona datos cruciales que el sistema utiliza para calibrarse sobre la marcha.

Mantener la vista enfocada

Un componente clave de la nueva configuración es un modulador de luz espacial, que se utiliza para manipular la dirección de la luz y permitir el enfoque remoto. El modulador de luz espacial compensa la función de transferencia óptica y las imágenes en el haz de fibras. La luz reflejada por el fondo del haz de fibras se captura en la cámara y se superpone con una onda de referencia para medir la fase de la luz.

La posición de la estrella guía virtual determina el enfoque del instrumento, con un diámetro de enfoque mínimo de aproximadamente una micra. Los investigadores utilizaron una lente adaptativa y un espejo galvómetro 2-D para cambiar el enfoque y permitir el escaneo a diferentes profundidades.

Demostración de imágenes en 3-D

El equipo probó su dispositivo usándolo para obtener imágenes de una muestra en 3D debajo de un cubreobjetos de 140 micrones de espesor. Escaneando el plano de la imagen en 13 pasos sobre 400 micrones con una velocidad de imagen de 4 ciclos por segundo, el dispositivo logró obtener imágenes de partículas en la parte superior e inferior de la muestra tridimensional. Sin embargo, su enfoque se deterioró a medida que aumentaba el ángulo del espejo del galvómetro. Los investigadores sugieren que el trabajo futuro podría abordar esta limitación. Además, El uso de un escáner galvométrico con una frecuencia de imagen más alta podría permitir una adquisición de imágenes más rápida.

"El enfoque novedoso permite la calibración y la obtención de imágenes en tiempo real con una mínima invasividad, importante para la obtención de imágenes en 3D in situ, manipulación celular mecánica basada en laboratorio en un chip, optogenética de tejido profundo in vivo, e inspecciones técnicas de ojo de cerradura, "dijo Czarske.