Skupina raziskovalcev iz Združenega kraljestva je oblikovala nov endoskop, ki uporablja zvok in svetlobo za slikanje vzorcev tkiva na molekularnih lestvicah, ki temelji na detektorju, ki je dovolj majhen, da se prilega medicinski igli. V svoji študiji, Wenfeng Xia in sodelavci pri King's College London in University College London izboljšal več ključnih vidikov tehnike fotoakustičnega slikanja – zagotavljanje hitrih časov slikanja brez žrtvovanja velikosti zahtevane opreme.
Fotoakustična endoskopija je vrhunska tehnika, ki združuje ultrazvok z optičnim endoskopskim slikanjem za izdelavo 3D medicinskih slik. Deluje tako, da pošilja laserske impulze skozi optično vlakno endoskopa, ki jih absorbirajo mikroskopske strukture v telesu. Ko absorbirajo svetlobno energijo, te strukture ustvarjajo akustične valove – ki jih sam zajame piezoelektrični ultrazvočni detektor in pretvori v slike.
Tehnika omogoča raziskovalcem, da izberejo široko paleto mikroskopskih struktur: od posameznih celic do verig DNK. Že obravnava številne omejitve povsem optičnih endoskopov, vključno z njihovo nezmožnostjo prodiranja skozi več kot nekaj plasti celic. Toda kljub tem prednostim se fotoakustična endoskopija še vedno sooča s kompromisom: da bi dosegla višje hitrosti slikanja, potrebuje zajetnejše in dražje ultrazvočne detektorje, kar omejuje njeno uporabnost v minimalno invazivni kirurgiji.
Za reševanje tega izziva je Xiina ekipa uvedla nov pristop. Zasnova – poroča v Biomedicinska optika Express – prvi ima "digitalno mikrozrcalo", ki vsebuje niz skoraj enega milijona mikroskopskih zrcal, katerih položaje je mogoče hitro prilagoditi. Raziskovalci so to nastavitev uporabili za natančno oblikovanje valovnih front laserskih žarkov, ki se uporabljajo za skeniranje vzorcev.
Namesto piezoelektričnega ultrazvočnega detektorja so raziskovalci predstavili veliko manj zajeten optični mikroresonator. Ta naprava, ki se namesti na konico optičnega vlakna, vsebuje deformabilen epoksidni distančnik, stisnjen med par specializiranih zrcal. Vhodni ultrazvočni valovi deformirajo epoksid in spremenijo razdaljo med ogledali. To vodi do sprememb odbojnosti mikroresonatorja, ko je endoskop rastrsko skeniran preko vzorcev.
Ko jih zaslišimo z drugim laserjem, dostavljenim na konico endoskopa vzdolž ločenega optičnega vlakna, te spremembe spremenijo količino svetlobe, ki se odbije nazaj vzdolž vlakna. S spremljanjem teh sprememb lahko algoritem, ki ga je razvila ekipa, sestavi slike vzorca in jih uporabi za izračun, kako je mogoče valovno fronto skenirajočega laserja prilagoditi za ustvarjanje bolj optimalnih slik. S temi informacijami se digitalno mikrozrcalo ustrezno prilagodi in postopek se ponovi.
S prilagajanjem goriščne razdalje skenirajočega laserskega žarka lahko endoskop skenira tudi vzorce z njihovih površin do globine 20 µm – kar ekipi Xia omogoča ustvarjanje optimiziranih 3D slik v realnem času.
Da bi prikazali te edinstvene zmožnosti, so raziskovalci s svojo napravo posneli skupino mišjih rdečih krvničk, razporejenih po območju s premerom približno 100 µm. S sestavljanjem mozaika fotoakustičnih skeniranj je endoskop izdelal 3D slike celic s hitrostjo okoli 3 sličic na sekundo.
Na podlagi njihovega uspeha Xia in sodelavci zdaj upajo, da bi njihov endoskop lahko navdihnil nov napredek v minimalno invazivni kirurgiji – kar bi klinikom omogočilo oceno molekularne in celične sestave tkiv v realnem času. V prihodnjih študijah si bo ekipa prizadevala raziskati, kako bi lahko umetna inteligenca še dodatno povečala hitrosti fotoakustičnega slikanja.
