Montaje experimental de endomicroscopio holográfico ultrafino. (a) El haz de salida de un láser se divide en haces de muestra y de referencia. El haz de muestra se envía a la muestra a través del haz de fibras. La señal de retrodispersión de la muestra, indicada en amarillo para mayor claridad aunque su longitud de onda es idéntica a la onda incidente, es capturada por el haz de fibras y enviada a la cámara. El haz de referencia genera un interferograma junto con el haz de señal en la cámara. (b) Principio de formación de imágenes. El espectro angular de la muestra se obtiene en condiciones de Fresnel separando la distancia entre el objeto y la fibra óptica. Crédito:Instituto de Ciencias Básicas
Si está acostumbrado a hacerse chequeos médicos regulares, es posible que esté familiarizado con los endoscopios. El endoscopio es un dispositivo de imágenes que consta de una cámara y una guía de luz unida a un tubo largo y flexible. Es particularmente útil para adquirir imágenes del interior de un cuerpo humano. Por ejemplo, la endoscopia de estómago y colon se usa ampliamente para la detección temprana y el diagnóstico de enfermedades como úlceras y cánceres.
En general, un endoscopio se fabrica conectando un sensor de cámara al extremo de una sonda o utilizando una fibra óptica, lo que permite que la información se transmita mediante la luz. En el caso de un endoscopio que utiliza un sensor de cámara, el grosor de la sonda aumenta, lo que hace que la endoscopia sea bastante invasiva. En el caso de un endoscopio que usa un haz de fibra óptica, se puede fabricar en un factor de forma más delgado, lo que minimiza la invasividad y genera menos molestias para los pacientes.
Sin embargo, la desventaja es que en un endoscopio de haz de fibras convencional, es difícil obtener imágenes de alta resolución porque la resolución de la imagen obtenida está limitada por el tamaño de los núcleos de fibra individuales. Gran parte de la información de la imagen también se pierde debido a la reflexión de la punta de la sonda. Además, en la endoscopia de fibra, a menudo es necesario marcar el objetivo con fluorescencia, especialmente en muestras biológicas con baja reflectividad, debido al fuerte ruido de retrorreflexión generado por la punta de la sonda delgada.
Imágenes endomicroscópicas a través de un pasaje estrecho y curvo, y capacidad de imágenes en 3D. (a) y (b) muestran vistas frontal y superior de la configuración experimental, respectivamente. (c) y (d) muestran la imagen endoscópica convencional y la imagen reconstruida con el endoscopio recientemente desarrollado, respectivamente. Barras de escala:20 μm. (e) muestra imágenes endoscópicas de objetivos apilados. Se colocaron dos objetivos de resolución a dos profundidades diferentes, 1 y. Junto al esquema se muestran imágenes reales de los objetivos en las profundidades 1 y 2 tomadas con un microscopio de campo claro convencional. (f) y (g) muestran imágenes endoscópicas para las profundidades de 1 y 2, respectivamente, reconstruidas usando una sola grabación de matriz de reflexión. Crédito:Instituto de Ciencias Básicas
Recientemente, un equipo de investigación dirigido por CHOI Wonshik, director asociado del Centro de Espectroscopia y Dinámica Molecular (CMSD) dentro del Instituto de Ciencias Básicas (IBS), ha desarrollado un sistema de endoscopio holográfico de alta resolución. Los investigadores pudieron superar la limitación anterior de la endoscopia de fibra óptica y pudieron reconstruir imágenes de alta resolución, sin colocar una lente ni ningún equipo en el extremo distal del haz de fibras.
Esta hazaña se logró midiendo las imágenes holográficas de las ondas de luz que se reflejan en el objeto y son capturadas por el haz de fibras. Los investigadores primero iluminaron un objeto enfocando la luz en un solo núcleo de un haz de fibras y midieron las imágenes holográficas que se reflejaron en el objeto a cierta distancia de la fibra óptica. En el proceso de análisis de las imágenes holográficas, fue posible reconstruir la imagen del objeto con una resolución microscópica al corregir el retardo de fase que ocurre en cada núcleo de fibra. Específicamente, se desarrolló un algoritmo de optimización de imagen coherente único para eliminar los retardos de fase inducidos por fibra tanto en las vías de iluminación como de detección y reconstruir la imagen de un objeto con una resolución microscópica.
Dado que el endoscopio desarrollado no conecta ningún equipo al extremo de la fibra óptica, el diámetro de la sonda del endoscopio es de 350 μm, que es más delgada que la aguja utilizada para la inyección hipodérmica. Con este enfoque, los investigadores pudieron obtener imágenes de alta resolución con una resolución espacial de 850 nm, que es mucho más pequeña que el tamaño del núcleo del haz de fibra óptica.
Imágenes microscópicas de vellosidades en el intestino de una rata. (a) muestra una imagen de endoscopio de reflectancia convencional tomada cuando el haz de fibras estaba en contacto con las vellosidades. (b) muestra la imagen de transmisión obtenida a través del haz de fibras. La iluminación LED se envió desde las vellosidades al haz de fibras. (c)-(f) mostrar imágenes de reflectancia sin etiquetas obtenidas utilizando el endoscopio holográfico recientemente desarrollado. (g) muestra una imagen reconstruida de dos vellosidades uniendo múltiples imágenes tomadas en una amplia región de interés. El haz de fibras de 350 μm de diámetro se utilizó para la adquisición de imágenes. Barra de escala:100 μm. Crédito:Instituto de Ciencias Básicas
Los investigadores pasaron a probar el nuevo sistema de endoscopia holográfica de Fourier para obtener imágenes de la estructura de las vellosidades de los ratones. Fue posible adquirir una imagen de alto contraste eliminando de forma eficaz el ruido de retrorreflexión de la sonda, incluso en muestras biológicas con una reflectividad muy baja, como las vellosidades de las ratas. Además, el posprocesamiento de la información holográfica medida hizo posible reconstruir imágenes 3D de múltiples profundidades a partir de un solo conjunto de datos con una resolución de profundidad de 14 μm.
Se cree que la aplicación práctica de este nuevo endoscopio mejorará en gran medida la forma en que podemos obtener imágenes de las estructuras internas de nuestro cuerpo de una manera mínimamente invasiva, con poca o ninguna molestia para los pacientes. También abrirá la posibilidad de observar directamente cavidades tan pequeñas como microvasos y las vías respiratorias más pequeñas en los pulmones, lo que era imposible con las tecnologías preexistentes. Los investigadores incluso sugirieron que la aplicación de su nuevo endoscopio puede ir mucho más allá del campo médico, ya que puede ser potencialmente útil para las inspecciones industriales de semiconductores y microprocesadores.
La investigación fue publicada en Nature Communications . Nuevo endoscopio fotoacústico cabe dentro de una aguja
