Les chercheurs ont développé un nouvel endoscope à auto-étalonnage qui produit des images 3D d'objets plus petits qu'une seule cellule. Crédit :J. Czarske, TU Dresde, Allemagne
Des chercheurs ont mis au point un nouvel endoscope à auto-étalonnage qui produit des images 3D d'objets plus petits qu'une seule cellule. Sans lentille ni optique, composants électriques ou mécaniques, la pointe de l'endoscope ne mesure que 200 microns de diamètre, environ la largeur de quelques cheveux humains tordus ensemble.
En tant qu'outil peu invasif pour l'imagerie des caractéristiques à l'intérieur des tissus vivants, l'endoscope extrêmement fin pourrait permettre une variété d'applications médicales et de recherche. La recherche sera présentée à la conférence Frontiers in Optics + Laser Science (FIO + LS), du 15 au 19 septembre à Washington, D.C., ETATS-UNIS.
Selon Juergen W. Czarske, Directeur et professeur C4 à la TU Dresden, Allemagne et auteur principal de l'article :« L'endoscope à fibre sans lentille a approximativement la taille d'une aiguille, lui permettant d'avoir un accès peu invasif et une imagerie à contraste élevé ainsi qu'une stimulation avec un étalonnage robuste contre la flexion ou la torsion de la fibre. Il pourrait également s'avérer utile pour la surveillance des cellules et des tissus lors d'actes médicaux ainsi que pour les inspections techniques.
Un système d'auto-calibrage
Les endoscopes conventionnels utilisent des caméras et des lumières pour capturer des images à l'intérieur du corps. Ces dernières années, les chercheurs ont développé des moyens alternatifs pour capturer des images à travers des fibres optiques, éliminant le besoin de caméras encombrantes et d'autres composants encombrants, permettant des endoscopes beaucoup plus minces. Malgré leur promesse, cependant, ces technologies souffrent de limitations telles qu'une incapacité à tolérer des fluctuations de température ou une flexion et une torsion de la fibre.
Un obstacle majeur à la mise en pratique de ces technologies est qu'elles nécessitent des processus d'étalonnage compliqués, dans de nombreux cas pendant que la fibre collecte des images. Pour remédier à ce, les chercheurs ont ajouté une fine plaque de verre, seulement 150 microns d'épaisseur, à la pointe d'un faisceau de fibres cohérent, un type de fibre optique couramment utilisé dans les applications d'endoscopie. Le faisceau de fibres cohérent utilisé dans l'expérience mesurait environ 350 microns de large et se composait de 10, 000 cœurs.
Lorsque le noyau central de la fibre est allumé, il émet un faisceau qui est réfléchi dans le faisceau de fibres et sert d'étoile de guidage virtuelle pour mesurer la façon dont la lumière est transmise, connue sous le nom de fonction de transfert optique. La fonction de transfert optique fournit des données cruciales que le système utilise pour se calibrer à la volée.
Garder la vue nette
Un élément clé de la nouvelle configuration est un modulateur spatial de lumière, qui est utilisé pour manipuler la direction de la lumière et permettre la mise au point à distance. Le modulateur spatial de lumière compense la fonction de transfert optique et les images sur le faisceau de fibres. La lumière rétroréfléchie du faisceau de fibres est capturée sur la caméra et superposée à une onde de référence pour mesurer la phase de la lumière.
La position de l'étoile guide virtuelle détermine la mise au point de l'instrument, avec un diamètre de foyer minimal d'environ un micron. Les chercheurs ont utilisé une lentille adaptative et un miroir galvométrique 2D pour décaler la mise au point et permettre la numérisation à différentes profondeurs.
Démonstration d'imagerie 3D
L'équipe a testé son appareil en l'utilisant pour imager un spécimen en 3D sous une lamelle de 140 microns d'épaisseur. Balayage du plan image en 13 étapes sur 400 microns avec une cadence d'image de 4 cycles par seconde, l'appareil a réussi à imager les particules en haut et en bas de l'échantillon 3-D. Cependant, sa mise au point s'est détériorée à mesure que l'angle du miroir du galvomètre augmentait. Les chercheurs suggèrent que des travaux futurs pourraient remédier à cette limitation. En outre, l'utilisation d'un scanner galvométrique avec une fréquence d'images plus élevée pourrait permettre une acquisition d'image plus rapide.
« La nouvelle approche permet à la fois un étalonnage et une imagerie en temps réel avec une invasivité minimale, important pour l'imagerie 3D in-situ, manipulation de cellules mécaniques en laboratoire sur puce, l'optogénétique in vivo des tissus profonds, et contrôles techniques en trou de serrure, " dit Czarske.