英国の研究者チームは、医療用針の中に収まるほど小さい検出器に基づいて、音と光を使用して組織サンプルを分子スケールで画像化する新しい内視鏡を設計しました。 彼らの研究では、 ウェンフェン・シア と同僚 キングス·カレッジ·ロンドン & ユニバーシティ・カレッジ・ロンドン 光音響イメージング技術のいくつかの重要な側面を改善し、必要な機器のサイズを犠牲にすることなく、イメージング時間を短縮しました。
光音響内視鏡検査は、超音波と光学内視鏡イメージングを組み合わせて 3D 医用画像を構築する最先端の技術です。 これは、内視鏡の光ファイバーを介してレーザー パルスを送信することによって機能し、体内の微細構造によって吸収されます。 光のエネルギーを吸収すると、これらの構造は音響波を生成します。音響波は圧電超音波検出器によって拾われ、画像に変換されます。
この技術により、研究者は、個々の細胞から DNA 鎖まで、広範囲の微細構造を選択することができます。 数層以上の細胞を貫通できないなど、純粋な光学内視鏡の多くの制限にすでに対処しています。 しかし、これらの利点にもかかわらず、光音響内視鏡検査は依然としてトレードオフに直面しています。より高速なイメージング速度を実現するには、より大型で高価な超音波検出器が必要であり、低侵襲手術への適用が制限されます。
この課題に対処するために、Xia のチームは新しいアプローチを導入しました。 設計 – で報告 生物医学光学エクスプレス – 最初の特徴は、XNUMX 万個近くの微細ミラーのアレイを含む「デジタル マイクロミラー」で、それぞれの位置を迅速に調整できます。 研究者は、このセットアップを使用して、サンプルをスキャンするために使用されるレーザービームの波面を正確に整形しました。
圧電超音波検出器の代わりに、研究者ははるかにかさばらない光学微小共振器を導入しました。 光ファイバーの先端に取り付けるこのデバイスには、特殊なミラーのペアの間に挟まれた変形可能なエポキシ スペーサーが含まれています。 入ってくる超音波がエポキシを変形させ、ミラー間の距離を変化させます。 これにより、内視鏡がサンプル上でラスター スキャンされるため、微小共振器の反射率が変化します。
別の光ファイバーに沿って内視鏡の先端に送達された XNUMX 番目のレーザーで調べると、これらの変動によってファイバーに沿って反射される光の量が変化します。 これらの変化を監視することにより、チームによって開発されたアルゴリズムは、サンプルの画像を構築し、それらを使用して、走査レーザーの波面を調整してより最適な画像を生成する方法を計算できます。 この情報に基づいて、デジタル マイクロミラーが調整され、プロセスが繰り返されます。
スキャン レーザー ビームの焦点距離を調整することで、内視鏡はサンプルの表面から 20 μm の深さまでスキャンすることもでき、Xia のチームはリアルタイムで最適化された 3D 画像を作成できます。
これらの独自の機能を実証するために、研究者はデバイスを使用して、幅約 100 μm の領域に広がるマウス赤血球のクラスターを画像化しました。 光音響スキャンのモザイクをつなぎ合わせることで、内視鏡は細胞の 3D 画像を毎秒約 3 フレームの速度で生成しました。
Xia と同僚は、この成功に基づいて、内視鏡が低侵襲手術の新たな進歩を刺激し、臨床医が組織の分子および細胞スケールの構成をリアルタイムで評価できるようになることを期待しています。 将来の研究では、チームは、人工知能が光音響イメージングの速度をさらに向上させるのにどのように役立つかを探求することを目指しています。
