영국 연구팀은 의료용 바늘 안에 들어갈 만큼 작은 검출기를 기반으로 소리와 빛을 사용하여 분자 규모로 조직 샘플을 이미지화하는 새로운 내시경을 설계했습니다. 그들의 연구에서, 웬펑 샤 의 동료들과 킹스 칼리지 런던 와 런던 대학 광음향 이미징 기술의 몇 가지 주요 측면을 개선하여 필요한 장비의 크기를 희생하지 않고 빠른 이미징 시간을 보장합니다.
광음향 내시경은 초음파와 광학 내시경 영상을 결합해 3차원 의료영상을 구현하는 첨단 기술이다. 내시경의 광섬유를 통해 레이저 펄스를 전송하여 작동하며 신체 내부의 미세한 구조에 의해 흡수됩니다. 빛의 에너지를 흡수하면서 이러한 구조는 음파를 생성합니다. 이 음파는 압전 초음파 감지기에 의해 포착되어 이미지로 변환됩니다.
이 기술을 통해 연구원은 개별 세포에서 DNA 가닥에 이르기까지 광범위한 미세 구조를 선택할 수 있습니다. 그것은 이미 몇 층 이상의 세포를 통과할 수 없는 것을 포함하여 순수 광학 내시경의 많은 한계를 해결합니다. 그러나 이러한 장점에도 불구하고 광음향 내시경은 여전히 트레이드 오프에 직면해 있습니다. 더 높은 이미징 속도를 달성하기 위해서는 더 크고 더 비싼 초음파 검출기가 필요하여 최소 침습 수술에 대한 적용 가능성이 제한됩니다.
이 문제를 해결하기 위해 Xia 팀은 새로운 접근 방식을 도입했습니다. 디자인 – 보고 바이오 메디컬 옵틱스 익스프레스 – 첫 번째는 위치를 신속하게 조정할 수 있는 거의 XNUMX만 개의 미세한 거울 배열을 포함하는 "디지털 마이크로미러"를 특징으로 합니다. 연구원들은 이 설정을 사용하여 샘플을 스캔하는 데 사용되는 레이저 빔의 파면을 정확하게 형성했습니다.
압전 초음파 검출기 대신 연구원들은 훨씬 덜 부피가 큰 광학 마이크로 공진기를 도입했습니다. 광섬유 끝에 장착된 이 장치에는 한 쌍의 특수 거울 사이에 끼워진 변형 가능한 에폭시 스페이서가 포함되어 있습니다. 들어오는 초음파는 에폭시를 변형시켜 거울 사이의 거리를 변경합니다. 이것은 내시경이 샘플에 대해 래스터 스캔될 때 마이크로 공진기의 반사율 변화에 변화를 가져옵니다.
별도의 광섬유를 따라 내시경 끝에 전달되는 두 번째 레이저로 조사할 때 이러한 변화는 광섬유를 따라 다시 반사되는 빛의 양을 변경합니다. 이러한 변화를 모니터링함으로써 팀이 개발한 알고리즘은 샘플의 이미지를 구축하고 이를 사용하여 스캐닝 레이저의 파면을 조정하여 보다 최적의 이미지를 생성하는 방법을 계산할 수 있습니다. 이 정보를 사용하여 디지털 마이크로미러가 그에 따라 조정되고 프로세스가 반복됩니다.
스캐닝 레이저 빔의 초점 거리를 조정함으로써 내시경은 표면에서 20µm 깊이까지 샘플을 스캔할 수 있어 Xia 팀이 실시간으로 최적화된 3D 이미지를 구축할 수 있습니다.
이러한 고유한 기능을 입증하기 위해 연구원들은 장치를 사용하여 약 100μm의 영역에 걸쳐 마우스 적혈구 클러스터를 이미지화했습니다. 내시경은 광음향 스캔 모자이크를 연결하여 초당 약 3프레임의 속도로 세포의 3D 이미지를 생성했습니다.
그들의 성공을 기반으로 Xia와 동료들은 이제 그들의 내시경이 최소 침습 수술의 새로운 발전에 영감을 주어 임상의가 실시간으로 조직의 분자 및 세포 규모 구성을 평가할 수 있기를 희망합니다. 향후 연구에서 팀은 인공 지능이 광음향 이미징 속도를 더욱 향상시키는 데 어떻게 도움이 될 수 있는지 탐구하는 것을 목표로 할 것입니다.
