صمم فريق من الباحثين في المملكة المتحدة منظارًا داخليًا جديدًا يستخدم الصوت والضوء لتصوير عينات الأنسجة على المقاييس الجزيئية، استنادًا إلى كاشف صغير بما يكفي ليتناسب مع إبرة طبية. وفي دراستهم، ونفينج شيا والزملاء في كينجز كوليدج بلندن و كلية لندن الجامعية قام بتحسين العديد من الجوانب الرئيسية لتقنية التصوير الضوئي الصوتي - مما يضمن أوقات تصوير سريعة دون التضحية بحجم المعدات المطلوبة.
التنظير الضوئي الصوتي هو تقنية متطورة تجمع بين الموجات فوق الصوتية والتصوير بالمنظار البصري لإنشاء صور طبية ثلاثية الأبعاد. وهو يعمل عن طريق إرسال نبضات ليزر عبر الألياف الضوئية للمنظار، والتي تمتصها الهياكل المجهرية داخل الجسم. عندما تمتص هذه الهياكل طاقة الضوء، فإنها تولد موجات صوتية - والتي يتم التقاطها بواسطة كاشف الموجات فوق الصوتية الكهروإجهادية وتحويلها إلى صور.
تتيح هذه التقنية للباحثين انتقاء مجموعة واسعة من الهياكل المجهرية: من الخلايا الفردية إلى خيوط الحمض النووي. فهو يعالج بالفعل العديد من القيود المفروضة على المناظير الداخلية البصرية البحتة، بما في ذلك عدم قدرتها على اختراق أكثر من بضع طبقات من الخلايا. ومع ذلك، على الرغم من هذه المزايا، لا يزال التنظير الصوتي الصوتي يواجه مقايضة: فمن أجل تحقيق سرعات تصوير أعلى، فإنه يتطلب أجهزة كشف بالموجات فوق الصوتية أكبر حجمًا وأكثر تكلفة، مما يحد من إمكانية تطبيقه في العمليات الجراحية ذات الحد الأدنى من التدخل الجراحي.
ولمواجهة هذا التحدي، قدم فريق شيا نهجا جديدا. التصميم - ورد في البصريات الطبية الحيوية اكسبرس - يتميز أولاً بـ "مرآة رقمية صغيرة" تحتوي على مجموعة من ما يقرب من مليون مرآة مجهرية، يمكن تعديل مواقعها بسرعة. استخدم الباحثون هذا الإعداد لتشكيل واجهات موجة أشعة الليزر المستخدمة لمسح العينات بدقة.
وبدلاً من كاشف الموجات فوق الصوتية الكهرضغطية، قدم الباحثون مرنانًا بصريًا أصغر حجمًا بكثير. يتم تركيب هذا الجهاز على طرف الألياف الضوئية، ويحتوي على فاصل إيبوكسي قابل للتشوه يقع بين زوج من المرايا المتخصصة. تشوه الموجات فوق الصوتية الواردة الايبوكسي، وتغير المسافة بين المرايا. يؤدي هذا إلى تغييرات في تغيرات انعكاسية الرنان الصغير حيث يتم مسح المنظار النقطي على العينات.
عند استجوابها بالليزر الثاني، الذي يتم توصيله إلى طرف المنظار عبر ألياف بصرية منفصلة، فإن هذه الاختلافات تغير كمية الضوء المنعكس على طول الألياف. من خلال مراقبة هذه التغييرات، يمكن للخوارزمية التي طورها الفريق إنشاء صور للعينة واستخدامها لحساب كيفية تعديل واجهة موجة ليزر المسح لإنتاج صور أكثر مثالية. باستخدام هذه المعلومات، يتم ضبط المرآة الرقمية الدقيقة وفقًا لذلك، وتتكرر العملية.
من خلال ضبط البعد البؤري لشعاع الليزر المسح، يمكن للمنظار أيضًا مسح العينات من أسطحها وصولاً إلى أعماق تصل إلى 20 ميكرومتر - مما يسمح لفريق شيا ببناء صور ثلاثية الأبعاد محسنة في الوقت الفعلي.
ولإظهار هذه القدرات الفريدة، استخدم الباحثون أجهزتهم لتصوير مجموعة من خلايا الدم الحمراء لدى الفئران، منتشرة على مساحة تبلغ حوالي 100 ميكرومتر. ومن خلال تجميع فسيفساء من عمليات المسح الضوئي الصوتي، أنتج المنظار صورًا ثلاثية الأبعاد للخلايا، بسرعة تبلغ حوالي 3 إطارات في الثانية.
بناءً على نجاحهم، يأمل شيا وزملاؤه الآن أن يتمكن منظارهم الداخلي من إلهام تطورات جديدة في الجراحة طفيفة التوغل، مما يسمح للأطباء بتقييم التركيب الجزيئي والخلوي للأنسجة في الوقت الفعلي. وفي الدراسات المستقبلية، سيهدف الفريق إلى استكشاف كيف يمكن للذكاء الاصطناعي أن يساعد في تعزيز سرعات التصوير الضوئي الصوتي بشكل أكبر.
