צוות של חוקרים בבריטניה עיצב אנדוסקופ חדש שמשתמש בקול ובאור כדי לצלם דגימות רקמות בקנה מידה מולקולרי, המבוסס על גלאי קטן מספיק כדי להיכנס למחט רפואית. במחקר שלהם, וונפנג שיה ועמיתים ב קינגס קולג 'בלונדון ו אוניברסיטת קולג 'בלונדון שיפר מספר היבטים מרכזיים של טכניקת ההדמיה הפוטו-אקוסטית - הבטחת זמני הדמיה מהירים מבלי להקריב את גודל הציוד הנדרש.
אנדוסקופיה פוטו-אקוסטית היא טכניקה חדשנית המשלבת אולטרסאונד עם הדמיה אנדוסקופית אופטית לבניית תמונות רפואיות תלת מימדיות. זה פועל על ידי שליחת פולסי לייזר דרך סיב אופטי של האנדוסקופ, הנספגים על ידי מבנים מיקרוסקופיים בתוך הגוף. כשהם סופגים את אנרגיית האור, מבנים אלה יוצרים גלים אקוסטיים - הנקלטים בעצמם על ידי גלאי אולטרסאונד פיזואלקטרי ומומרים לתמונות.
הטכניקה מאפשרת לחוקרים לבחור מגוון רחב של מבנים מיקרוסקופיים: מתאי בודדים ועד גדילי DNA. זה כבר מתייחס למגבלות רבות של אנדוסקופים אופטיים גרידא, כולל חוסר היכולת שלהם לחדור דרך יותר מכמה שכבות של תאים. עם זאת, למרות היתרונות הללו, אנדוסקופיה פוטו-אקוסטית עדיין עומדת בפני פשרות: על מנת להשיג מהירויות הדמיה גבוהות יותר, היא דורשת גלאי אולטרסאונד מגושמים ויקרים יותר, המגבילים את ישימותה בניתוח זעיר פולשני.
כדי להתמודד עם האתגר הזה, הצוות של Xia הציג גישה חדשה. העיצוב - דווח ב אקספרס ביו-רפואי - תחילה כולל "מיקרו מראה דיגיטלית" המכילה מערך של כמעט מיליון מראות מיקרוסקופיות, שכל אחת מהן ניתנת לכוונון מהיר של מיקומן. החוקרים השתמשו במערך זה כדי לעצב במדויק את חזיתות הגלים של קרני לייזר המשמשות לסריקה של דגימות.
במקום גלאי אולטרסאונד פיזואלקטרי, החוקרים הציגו מיקרו-תהודה אופטי הרבה פחות מגושם. התקן זה, המתאים לקצה סיב אופטי, מכיל מרווח אפוקסי שניתן לעיוות, הכרוך בין זוג מראות מיוחדות. גלי האולטרסאונד הנכנסים מעוותים את האפוקסי, ומשנים את המרחק בין המראות. זה מוביל לשינויים ברפלקטיביות של המיקרו-תהודה כאשר האנדוסקופ נסרק רסטר על פני דגימות.
כאשר נחקרים בלייזר שני, הנמסר לקצה האנדוסקופ לאורך סיב אופטי נפרד, שינויים אלה משנים את כמות האור המוחזרת לאורך הסיב. על ידי ניטור שינויים אלה, אלגוריתם שפותח על ידי הצוות יכול לבנות תמונות של הדגימה ולהשתמש בהן כדי לחשב כיצד ניתן להתאים את חזית הגל של הלייזר הסורק כדי לייצר תמונות אופטימליות יותר. עם מידע זה, המיקרו-מראה הדיגיטלית מותאמת בהתאם, והתהליך חוזר על עצמו.
על ידי התאמת אורך המוקד של קרן הלייזר הסורקת, האנדוסקופ יכול גם לסרוק דגימות מהמשטחים שלהם עד לעומקים של 20 מיקרומטר - מה שמאפשר לצוות של Xia לבנות תמונות תלת מימד אופטימליות בזמן אמת.
כדי להדגים את היכולות הייחודיות הללו, החוקרים השתמשו במכשיר שלהם כדי לצלם מקבץ של תאי דם אדומים של עכבר, הפרושים על פני שטח שרוחבו כ-100 מיקרומטר. על ידי תפירת פסיפס של סריקות פוטו-אקוסטיות, האנדוסקופ יצר תמונות תלת-ממדיות של התאים, במהירויות של כ-3 פריימים לשנייה.
בהתבסס על הצלחתם, Xia ועמיתיו מקווים כעת שהאנדוסקופ שלהם יוכל להוות השראה להתקדמות חדשה בניתוחים זעיר פולשניים - המאפשרים לרופאים להעריך את ההרכב המולקולרי והתאי של הרקמות בזמן אמת. במחקרים עתידיים, הצוות ישאף לחקור כיצד בינה מלאכותית יכולה לעזור לשפר את מהירויות ההדמיה הפוטו-אקוסטית עוד יותר.
