Montage expérimental d'un endomicroscope holographique ultrafin. (a) Le faisceau de sortie d'un laser est divisé en faisceaux d'échantillon et de référence. Le faisceau d'échantillon est délivré à l'échantillon à travers le faisceau de fibres. Le signal de rétrodiffusion de l'échantillon, indiqué en jaune pour plus de clarté bien que sa longueur d'onde soit identique à l'onde incidente, est capturé par le faisceau de fibres et transmis à la caméra. Le faisceau de référence génère un interférogramme avec le faisceau signal au niveau de la caméra. (b) Principe de formation d'image. Le spectre angulaire de l'échantillon est obtenu dans les conditions de Fresnel en séparant la distance entre l'objet et la fibre optique. Crédit :Institut des sciences fondamentales
Si vous avez l'habitude de faire des bilans de santé réguliers, vous connaissez peut-être les endoscopes. L'endoscope est un dispositif d'imagerie composé d'une caméra et d'un guide de lumière attaché à un long tube flexible. Il est particulièrement utile pour acquérir des images de l'intérieur d'un corps humain. Par exemple, l'endoscopie de l'estomac et du côlon est largement utilisée pour la détection et le diagnostic précoces de maladies telles que les ulcères et les cancers.
En général, un endoscope est fabriqué en fixant un capteur de caméra à l'extrémité d'une sonde ou en utilisant une fibre optique, ce qui permet de transmettre des informations à l'aide de la lumière. Dans le cas d'un endoscope utilisant un capteur caméra, l'épaisseur de la sonde augmente, ce qui rend l'endoscopie assez invasive. Dans le cas d'un endoscope utilisant un faisceau de fibres optiques, il peut être fabriqué dans un facteur de forme plus mince, ce qui minimise le caractère invasif et entraîne beaucoup moins d'inconfort pour les patients.
Cependant, l'inconvénient est que dans un endoscope à faisceau de fibres conventionnel, il est difficile d'effectuer une imagerie à haute résolution, car la résolution de l'image obtenue est limitée par la taille des cœurs de fibre individuels. Une grande partie des informations d'image est également perdue en raison de la réflexion de la pointe de la sonde. De plus, en endoscopie par fibre, il est souvent nécessaire de marquer la cible avec de la fluorescence, en particulier dans les échantillons biologiques à faible réflectivité, en raison du fort bruit de rétro-réflexion généré par la pointe de la sonde fine.
Imagerie endomicroscopique à travers un passage étroit et incurvé, et capacité d'imagerie 3D. (a) et (b) montrent des vues de face et de dessus de la configuration expérimentale, respectivement. (c) et (d) montrent l'image endoscopique conventionnelle et l'image reconstruite avec l'endoscope nouvellement développé, respectivement. Barres d'échelle :20 μm. (e) montre l'imagerie endoscopique de cibles empilées. Deux cibles de résolution ont été placées à deux profondeurs différentes, 1 et. Des images de vérité au sol des cibles dans les profondeurs 1 et 2 prises par un microscope à fond clair conventionnel ont été montrées à côté du schéma. (f) et (g) affichent des images endoscopiques pour les profondeurs de 1 et 2, respectivement, reconstruites à l'aide d'un seul enregistrement de matrice de réflexion. Crédit :Institut des sciences fondamentales
Récemment, une équipe de recherche dirigée par CHOI Wonshik, directeur associé du Center for Molecular Spectroscopy and Dynamics (CMSD) au sein de l'Institute for Basic Science (IBS), a développé un système d'endoscope holographique à haute résolution. Les chercheurs ont pu surmonter la limitation précédente de l'endoscopie par fibre optique et ont pu reconstruire des images haute résolution, sans fixer de lentille ou d'équipement à l'extrémité distale du faisceau de fibres.
Cet exploit a été accompli en mesurant les images holographiques des ondes lumineuses réfléchies par l'objet et capturées par le faisceau de fibres. Les chercheurs ont d'abord illuminé un objet en focalisant la lumière sur un seul noyau d'un faisceau de fibres et mesuré des images holographiques réfléchies par l'objet à une certaine distance de la fibre optique. Dans le processus d'analyse des images holographiques, il a été possible de reconstruire l'image de l'objet avec une résolution microscopique en corrigeant le retard de phase qui se produit par chaque cœur de fibre. Plus précisément, un algorithme d'optimisation d'image cohérente unique a été développé pour éliminer les retards de phase induits par les fibres dans les voies d'éclairage et de détection et reconstruire une image d'objet avec une résolution microscopique.
Étant donné que l'endoscope développé ne fixe aucun équipement à l'extrémité de la fibre optique, le diamètre de la sonde de l'endoscope est de 350 μm, ce qui est plus fin que l'aiguille utilisée pour l'injection hypodermique. Grâce à cette approche, les chercheurs ont pu obtenir des images haute résolution avec une résolution spatiale de 850 nm, ce qui est bien inférieur à la taille du cœur du faisceau de fibres optiques.
Imagerie microscopique de villosités dans un intestin de rat. (a) montre une image d'endoscope à réflectance conventionnelle prise lorsque le faisceau de fibres était en contact avec les villosités. (b) montre l'image de transmission obtenue à travers le faisceau de fibres. L'éclairage LED a été envoyé des villosités au faisceau de fibres. (c)-(f) afficher des images de réflectance sans étiquette obtenues à l'aide de l'endoscope holographique nouvellement développé. (g) montre une image reconstruite de deux villosités en assemblant plusieurs images prises sur une large région d'intérêt. Le faisceau de fibres de 350 μm de diamètre a été utilisé pour l'acquisition d'images. Barre d'échelle :100 μm. Crédit :Institut des sciences fondamentales
Les chercheurs ont ensuite testé le nouveau système d'endoscopie holographique de Fourier pour imager la structure des villosités des souris. Il a été possible d'acquérir une image à contraste élevé en supprimant efficacement le bruit de rétro-réflexion de la sonde, même dans des échantillons biologiques à très faible réflectivité, tels que les villosités de rat. De plus, le post-traitement des informations holographiques mesurées a permis de reconstruire des images 3D multi-profondeurs à partir d'un seul ensemble de données avec une résolution de profondeur de 14 μm.
On pense que l'application pratique de ce nouvel endoscope améliorera considérablement la façon dont nous pouvons visualiser les structures internes de notre corps d'une manière peu invasive, avec peu ou pas d'inconfort pour les patients. Cela ouvrira également la possibilité d'observer directement des cavités aussi petites que des microvaisseaux et les plus petites voies respiratoires dans les poumons, ce qui était impossible avec les technologies préexistantes. Les chercheurs ont même suggéré que l'application de leur nouvel endoscope peut aller bien au-delà du domaine médical, car il peut potentiellement être utile pour les inspections industrielles des semi-conducteurs et des microprocesseurs.
La recherche a été publiée dans Nature Communications . Le nouvel endoscope photoacoustique tient dans une aiguille
