Les chercheurs adoptent la technologie metalens dans un nouveau cathéter d'imagerie optique endoscopique pour mieux détecter la maladie, y compris le cancer Crédit :Harvard University/Massachusetts General Hospital
Le diagnostic des maladies basées dans les organes internes repose souvent sur des échantillons de biopsie prélevés dans les régions touchées. Mais la collecte de tels échantillons est très sujette aux erreurs en raison de l'incapacité des techniques d'imagerie endoscopique actuelles à visualiser avec précision les sites de la maladie. Les éléments optiques conventionnels dans les cathéters utilisés pour accéder aux zones difficiles d'accès du corps, tels que le tractus gastro-intestinal et les voies respiratoires pulmonaires, sont sujettes à des aberrations qui entravent les pleines capacités de l'imagerie optique.
Maintenant, experts en imagerie endoscopique au Massachusetts General Hospital (MGH) et pionniers de la technologie des métaux plats à la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), se sont associés pour développer une nouvelle classe de cathéters d'imagerie endoscopique, appelés endoscopes nano-optiques, qui surmontent les limites des systèmes actuels.
La recherche est décrite dans Photonique de la nature .
« L'adoption clinique de nombreuses modalités de microscopie endoscopique de pointe a été entravée en raison de la difficulté de concevoir des cathéters miniatures qui permettent d'obtenir la même qualité d'image que les microscopes de bureau encombrants, " a déclaré Melissa Suter, professeur adjoint de médecine à la MGH et à la Harvard Medical School (HMS) et co-auteur principal de l'article. "L'utilisation de cathéters nano-optiques qui incorporent des métalenses dans leur conception changera probablement le paysage de la conception de cathéters optiques, résultant en une augmentation spectaculaire de la qualité, résolution, et la fonctionnalité de la microscopie endoscopique. Cela augmentera finalement l'utilité clinique en permettant une évaluation plus sophistiquée de la microstructure cellulaire et tissulaire chez les patients vivants. »
« Les lentilles métalliques basées sur l'optique plate sont une nouvelle technologie qui change la donne, car le contrôle des distorsions d'image nécessaires à l'imagerie haute résolution est simple par rapport à l'optique conventionnelle, qui nécessite plusieurs lentilles de forme complexe, " a déclaré Federico Capasso, le professeur Robert L. Wallace de physique appliquée et Vinton Hayes chercheur principal en génie électrique à SEAS et co-auteur principal de l'article. "Je suis convaincu que cela conduira à une nouvelle classe de systèmes et d'instruments optiques avec un large éventail d'applications dans de nombreux domaines de la science et de la technologie"
Image de micrographie électronique à balayage d'une partie d'un métal fabriqué. Crédit :Harvard SEAS
« La polyvalence et la flexibilité de conception de l'endoscope nano-optique augmentent considérablement les capacités d'imagerie endoscopique et auront probablement un impact sur l'imagerie diagnostique des organes internes, " dit Hamid Pahlevaninezhad, Instructeur en médecine à MGH et HMS et co-premier auteur de l'article. « Nous avons démontré un exemple de telles capacités pour obtenir une imagerie haute résolution à une profondeur de champ considérablement étendue. »
Pour démontrer la qualité d'imagerie de l'endoscope nano-optique, les chercheurs ont imagé la chair des fruits, voies respiratoires des porcs et des moutons, et le tissu pulmonaire humain. L'équipe a montré que l'endoscope nano-optique peut imager profondément dans le tissu avec une résolution nettement supérieure à celle fournie par les conceptions actuelles de cathéter d'imagerie.
Les images capturées par l'endoscope nano-optique montrent clairement les structures cellulaires dans la chair des fruits et les couches tissulaires et les glandes fines de la muqueuse bronchique des porcs et des moutons. Dans le tissu pulmonaire humain, les chercheurs ont pu identifier clairement les structures qui correspondent à l'amende, glandes irrégulières indiquant la présence d'un adénocarcinome, le type le plus répandu de cancer du poumon.
"Actuellement, nous sommes à la merci de matériaux sur lesquels nous n'avons aucun contrôle pour concevoir des objectifs haute résolution pour l'imagerie, " dit Yao-Wei Huang, stagiaire postdoctoral à SEAS et co-premier auteur de l'article. "Le principal avantage du métalens est que nous pouvons concevoir et adapter ses spécifications pour surmonter les aberrations sphériques et l'astigmatisme et obtenir une focalisation très fine de la lumière. En conséquence, nous obtenons une très haute résolution avec une profondeur de champ étendue sans avoir besoin de composants optiques complexes."
Prochain, les chercheurs visent à explorer d'autres applications pour l'endoscope nano-optique, comprenant un endoscope nano-optique sensible à la polarisation, qui pourrait contraster entre les tissus qui ont des structures très organisées, comme les muscles lisses, collagène et vaisseaux sanguins.
