تیمی از محققان بریتانیایی یک آندوسکوپ جدید طراحی کرده‌اند که از صدا و نور برای تصویربرداری از نمونه‌های بافت در مقیاس‌های مولکولی استفاده می‌کند، که در اطراف آشکارساز است که به اندازه کافی کوچک است تا درون سوزن پزشکی قرار بگیرد. در مطالعه خود، ونفنگ شیا و همکاران در کالج کینگ لندن و دانشگاه کالج لندن چندین جنبه کلیدی تکنیک تصویربرداری فوتوآکوستیک را بهبود بخشید - تضمین زمان تصویربرداری سریع بدون به خطر انداختن اندازه تجهیزات مورد نیاز.
آندوسکوپی فوتو آکوستیک یک تکنیک پیشرفته است که سونوگرافی را با تصویربرداری آندوسکوپی نوری برای ساخت تصاویر پزشکی سه بعدی ترکیب می کند. این کار با ارسال پالس های لیزر از طریق فیبر نوری آندوسکوپ، که توسط ساختارهای میکروسکوپی داخل بدن جذب می شود، عمل می کند. همانطور که انرژی نور را جذب می کنند، این ساختارها امواج صوتی تولید می کنند - که خود توسط یک آشکارساز اولتراسوند پیزوالکتریک گرفته شده و به تصاویر تبدیل می شوند.
این تکنیک به محققان اجازه می دهد تا طیف گسترده ای از ساختارهای میکروسکوپی را انتخاب کنند: از سلول های منفرد گرفته تا رشته های DNA. در حال حاضر بسیاری از محدودیت‌های آندوسکوپ‌های صرفا نوری، از جمله ناتوانی آنها در نفوذ بیش از چند لایه از سلول‌ها را بررسی می‌کند. با وجود این مزایا، آندوسکوپی فوتو آکوستیک هنوز با یک معامله مواجه است: برای دستیابی به سرعت تصویربرداری بالاتر، به آشکارسازهای اولتراسوند حجیم تر و پرهزینه تر نیاز دارد که کاربرد آن را در جراحی کم تهاجمی محدود می کند.
برای مقابله با این چالش، تیم شیا رویکرد جدیدی را معرفی کرده است. طراحی - گزارش شده در Biomedical Optics Express - ابتدا یک "ریز آینه دیجیتال" شامل آرایه ای از نزدیک به یک میلیون آینه میکروسکوپی دارد که موقعیت هر کدام را می توان به سرعت تنظیم کرد. محققان از این تنظیمات برای شکل دادن دقیق جبهه موج پرتوهای لیزر مورد استفاده برای اسکن نمونه ها استفاده کردند.
به جای یک آشکارساز اولتراسوند پیزوالکتریک، محققان یک میکرورزوناتور نوری با حجم کمتر را معرفی کردند. این دستگاه که بر روی نوک فیبر نوری قرار می گیرد، حاوی یک اسپیسر اپوکسی قابل تغییر شکل است که بین یک جفت آینه تخصصی قرار گرفته است. امواج اولتراسوند ورودی اپوکسی را تغییر می دهند و فاصله بین آینه ها را تغییر می دهند. این منجر به تغییراتی در تغییر بازتاب ریزرزوناتور می شود زیرا آندوسکوپ بر روی نمونه ها به صورت شطرنجی اسکن می شود.
هنگامی که با لیزر دوم که در امتداد یک فیبر نوری جداگانه به نوک آندوسکوپ تحویل داده می شود، بازجویی می شود، این تغییرات میزان نور بازتاب شده در طول فیبر را تغییر می دهد. با نظارت بر این تغییرات، یک الگوریتم توسعه‌یافته توسط این تیم می‌تواند تصاویری از نمونه بسازد و از آنها برای محاسبه نحوه تنظیم جبهه موج لیزر اسکن برای تولید تصاویر بهینه‌تر استفاده کند. با این اطلاعات، میکروآینه دیجیتال بر این اساس تنظیم می شود و این روند تکرار می شود.
با تنظیم فاصله کانونی پرتو لیزر اسکن، آندوسکوپ همچنین می‌تواند نمونه‌ها را از سطوح آنها تا عمق 20 میکرومتر اسکن کند - به تیم شیا اجازه می‌دهد تصاویر سه بعدی بهینه‌سازی شده را در زمان واقعی بسازند.
برای نشان دادن این قابلیت‌های منحصربه‌فرد، محققان از دستگاه خود برای تصویربرداری از مجموعه‌ای از گلبول‌های قرمز موش استفاده کردند که در منطقه‌ای به وسعت تقریباً 100 میکرومتر پخش شده‌اند. با دوختن موزاییکی از اسکن های فوتوآکوستیک، آندوسکوپ تصاویر سه بعدی سلول ها را با سرعتی در حدود 3 فریم بر ثانیه تولید کرد.
بر اساس موفقیت خود، Xia و همکاران اکنون امیدوارند که آندوسکوپ آنها بتواند الهام بخش پیشرفت های جدیدی در جراحی با حداقل تهاجم باشد - به پزشکان اجازه می دهد تا ساختار بافت ها را در مقیاس مولکولی و سلولی در زمان واقعی ارزیابی کنند. در مطالعات آتی، هدف این تیم بررسی این است که چگونه هوش مصنوعی می تواند به افزایش سرعت تصویربرداری فوتوآکوستیک کمک کند.
