Les chercheurs ont développé une version améliorée de l'OCT qui peut imager des échantillons biomédicaux avec un contraste et une résolution plus élevés sur un champ de vision 3D plus large qu'auparavant. Ils ont utilisé la nouvelle approche pour imager une larve de poisson zèbre. Crédit :Kevin Zhou, Duke University
Les chercheurs ont développé une version améliorée de la tomographie par cohérence optique (OCT) qui peut imager des échantillons biomédicaux avec un contraste et une résolution plus élevés sur un champ de vision 3D plus large qu'auparavant. Le nouveau microscope 3D pourrait être utile pour la recherche biomédicale et éventuellement permettre une imagerie diagnostique médicale plus précise.
Dans Optica journal, les chercheurs de l'Université Duke décrivent la nouvelle technique, qu'ils appellent la tomographie par réfraction à cohérence optique 3D (OCRT 3D). À l'aide de divers échantillons biologiques, ils montrent que l'OCRT 3D produit des images très détaillées qui révèlent des caractéristiques difficiles à observer avec l'OCT traditionnel.
L'OCT utilise la lumière pour fournir des images 3D haute résolution sans nécessiter d'agents de contraste ou d'étiquettes. Bien qu'elle soit couramment utilisée pour des applications en ophtalmologie, la méthode d'imagerie peut également être utilisée pour imager de nombreuses autres parties du corps telles que la peau et l'intérieur des oreilles, de la bouche, des artères et du tractus gastro-intestinal.
"L'OCT est une technique d'imagerie volumétrique largement utilisée en ophtalmologie et dans d'autres branches de la médecine", a déclaré le premier auteur Kevin C. Zhou. "Nous avons développé une nouvelle extension passionnante, dotée d'un nouveau matériel combiné à un nouvel algorithme de reconstruction d'image 3D informatique pour répondre à certaines limitations bien connues de la technique d'imagerie."
"Nous envisageons que cette approche soit appliquée dans une grande variété d'applications d'imagerie biomédicale, telles que in vivo l'imagerie diagnostique de l'œil humain ou de la peau », a déclaré Joseph A. Izatt, co-chef de l'équipe de recherche. « Le matériel que nous avons conçu pour effectuer la technique peut également être facilement miniaturisé en petites sondes ou endoscopes pour accéder au tractus gastro-intestinal et à d'autres parties du système digestif. corps."
La nouvelle méthode produit des images très détaillées qui révèlent des caractéristiques difficiles à observer avec l'OCT traditionnel, comme le montrent ces images d'une tête de mouche des fruits. Crédit :Kevin Zhou, Duke University
Voir plus avec OCT
Bien que l'OCT se soit avéré utile à la fois dans les applications cliniques et la recherche biomédicale, il est difficile d'acquérir des images OCT haute résolution sur un large champ de vision dans toutes les directions simultanément en raison des limitations fondamentales imposées par la propagation du faisceau optique. Un autre défi est que les images OCT contiennent des niveaux élevés de bruit aléatoire, appelé speckle, qui peuvent masquer des détails biomédicaux importants.
Pour remédier à ces limitations, les chercheurs ont utilisé une conception optique incorporant un miroir parabolique. Ce type de miroir se trouve couramment dans les applications sans imagerie, telles que les lampes de poche, où il entoure l'ampoule pour diriger la lumière dans une direction. Les chercheurs ont utilisé une configuration optique dans laquelle la lumière était envoyée dans l'autre sens, l'échantillon étant placé là où se trouverait l'ampoule d'une lampe de poche.
Cette conception a permis d'imager l'échantillon à partir de plusieurs vues sur une très large gamme d'angles. Ils ont développé un algorithme sophistiqué pour combiner les vues en une seule image 3D de haute qualité qui corrige les distorsions, le bruit et d'autres imperfections.
"Le travail publié dans Optica s'étend sur nos recherches précédentes en surmontant d'importants défis d'ingénierie, à la fois dans le matériel et les logiciels, pour permettre à l'OCRT de travailler en 3D et de le rendre plus largement applicable », a déclaré Sina Farsiu, co-responsable de l'équipe de recherche. « Parce que notre système génère des dizaines à des centaines de gigaoctets de données, nous avons dû développer un nouvel algorithme basé sur des outils de calcul modernes qui ont récemment mûri au sein de la communauté de l'apprentissage automatique."
Obtenir une vue plus large
Les chercheurs ont démontré la polyvalence et la large applicabilité de la méthode en l'utilisant pour imager divers échantillons biologiques, notamment un poisson zèbre et une mouche des fruits, qui sont des organismes modèles importants pour les études comportementales, développementales et neurobiologiques. Ils ont également imagé des échantillons de tissus de souris de la trachée et de l'œsophage pour démontrer le potentiel de l'imagerie diagnostique médicale. Avec 3D OCRT, ils ont acquis des champs de vision 3D jusqu'à ±75° sans déplacer l'échantillon.
"En plus de réduire les artefacts de bruit et de corriger les distorsions induites par l'échantillon, l'OCRT est intrinsèquement capable de créer par ordinateur un contraste à partir des propriétés des tissus qui sont moins visibles dans l'OCT traditionnel", a déclaré Zhou. "Par exemple, nous montrons qu'il est sensible aux structures orientées telles que les tissus fibreux."
Les chercheurs explorent maintenant des moyens de réduire le système et de le rendre plus rapide pour l'imagerie en direct en tirant parti des développements récents dans les technologies de système OCT plus rapides et des progrès de l'apprentissage en profondeur qui peuvent accélérer ou améliorer le traitement des données. L'apprentissage automatique augmente la résolution de la technologie d'imagerie oculaire
