Sebuah tim peneliti Inggris telah merancang endoskopi baru yang menggunakan suara dan cahaya untuk mengambil gambar sampel jaringan pada skala molekuler, berdasarkan detektor yang cukup kecil untuk dimasukkan ke dalam jarum medis. Dalam studi mereka, Wenfeng Xia dan rekan-rekan di King College London dan University College London meningkatkan beberapa aspek utama teknik pencitraan fotoakustik – memastikan waktu pencitraan yang cepat tanpa mengorbankan ukuran peralatan yang dibutuhkan.
Endoskopi fotoakustik adalah teknik mutakhir yang menggabungkan USG dengan pencitraan endoskopi optik untuk menghasilkan gambar medis 3D. Ia bekerja dengan mengirimkan pulsa laser melalui serat optik endoskopi, yang diserap oleh struktur mikroskopis di dalam tubuh. Saat menyerap energi cahaya, struktur ini menghasilkan gelombang akustik – yang kemudian ditangkap oleh detektor ultrasonik piezoelektrik dan diubah menjadi gambar.
Teknik ini memungkinkan para peneliti untuk memilih berbagai struktur mikroskopis: dari sel individu hingga untaian DNA. Hal ini telah mengatasi banyak keterbatasan endoskopi optik murni, termasuk ketidakmampuannya menembus lebih dari beberapa lapisan sel. Namun terlepas dari kelebihan-kelebihan ini, endoskopi fotoakustik masih menghadapi kelemahan: untuk mencapai kecepatan pencitraan yang lebih tinggi, diperlukan detektor ultrasonik yang lebih besar dan mahal, sehingga membatasi penerapannya dalam bedah invasif minimal.
Untuk mengatasi tantangan ini, tim Xia telah memperkenalkan pendekatan baru. Desain – dilaporkan dalam Optik Biomedis Express – pertama menampilkan “cermin mikro digital” yang berisi hampir satu juta cermin mikroskopis, yang posisinya masing-masing dapat disesuaikan dengan cepat. Para peneliti menggunakan pengaturan ini untuk secara tepat membentuk muka gelombang sinar laser yang digunakan untuk memindai sampel.
Alih-alih detektor ultrasonik piezoelektrik, para peneliti memperkenalkan mikroresonator optik yang jauh lebih kecil. Dipasang pada ujung serat optik, perangkat ini berisi penjarak epoksi yang dapat diubah bentuknya dan diapit di antara sepasang cermin khusus. Gelombang ultrasonik yang masuk merusak epoksi, mengubah jarak antar cermin. Hal ini menyebabkan perubahan reflektifitas mikroresonator saat endoskopi dipindai secara raster pada sampel.
Ketika diperiksa dengan laser kedua, yang dikirimkan ke ujung endoskopi sepanjang serat optik terpisah, variasi ini mengubah jumlah cahaya yang dipantulkan kembali sepanjang serat. Dengan memantau perubahan ini, algoritma yang dikembangkan oleh tim dapat membangun gambar sampel dan menggunakannya untuk menghitung bagaimana muka gelombang laser pemindaian dapat disesuaikan untuk menghasilkan gambar yang lebih optimal. Dengan informasi ini, cermin mikro digital disesuaikan, dan prosesnya berulang.
Dengan menyesuaikan panjang fokus sinar laser pemindaian, endoskopi juga dapat memindai sampel dari permukaannya hingga kedalaman 20 µm – memungkinkan tim Xia untuk membuat gambar 3D yang dioptimalkan secara real-time.
Untuk mendemonstrasikan kemampuan unik ini, para peneliti menggunakan perangkat mereka untuk mengambil gambar sekelompok sel darah merah tikus, yang tersebar di area seluas sekitar 100 µm. Dengan menyatukan mosaik pemindaian fotoakustik, endoskopi menghasilkan gambar 3D sel, dengan kecepatan sekitar 3 frame per detik.
Berdasarkan kesuksesan mereka, Xia dan rekan-rekannya kini berharap bahwa endoskopi mereka dapat menginspirasi kemajuan baru dalam bedah invasif minimal – memungkinkan dokter menilai susunan jaringan pada skala molekuler dan seluler secara real-time. Dalam studi masa depan, tim akan mengeksplorasi bagaimana kecerdasan buatan dapat membantu meningkatkan kecepatan pencitraan fotoakustik lebih jauh lagi.
