ทีมนักวิจัยในสหราชอาณาจักรได้ออกแบบกล้องเอนโดสโคปแบบใหม่ที่ใช้เสียงและแสงในการถ่ายภาพตัวอย่างเนื้อเยื่อในระดับโมเลกุล โดยใช้เครื่องตรวจจับที่มีขนาดเล็กพอที่จะใส่เข้าไปในเข็มทางการแพทย์ได้ ในการศึกษาของพวกเขา เวินเฟิงเซี่ย และเพื่อนร่วมงานที่ คิงส์คอลเลจลอนดอน และ มหาวิทยาลัยลอนดอนคอลเลจ ปรับปรุงประเด็นสำคัญหลายประการของเทคนิคการถ่ายภาพด้วยแสง - รับประกันเวลาในการถ่ายภาพที่รวดเร็วโดยไม่ต้องเสียสละขนาดของอุปกรณ์ที่ต้องการ
การส่องกล้องด้วยแสงด้วยแสงเป็นเทคนิคล้ำสมัยที่ผสมผสานอัลตราซาวนด์เข้ากับการถ่ายภาพด้วยการส่องกล้องด้วยแสงเพื่อสร้างภาพทางการแพทย์ 3 มิติ ทำงานโดยการส่งพัลส์เลเซอร์ผ่านใยแก้วนำแสงของกล้องเอนโดสโคป ซึ่งถูกดูดซับโดยโครงสร้างระดับจุลภาคภายในร่างกาย ขณะที่พวกมันดูดซับพลังงานของแสง โครงสร้างเหล่านี้จะสร้างคลื่นเสียง ซึ่งตัวมันเองจะถูกรับโดยเครื่องตรวจจับอัลตราซาวนด์เพียโซอิเล็กทริกและแปลงเป็นภาพ
เทคนิคนี้ช่วยให้นักวิจัยสามารถเลือกโครงสร้างจุลทรรศน์ได้หลากหลาย ตั้งแต่เซลล์แต่ละเซลล์ไปจนถึงสายดีเอ็นเอ โดยได้กล่าวถึงข้อจำกัดหลายประการของกล้องเอนโดสโคปแบบออพติคอลเพียงอย่างเดียว รวมถึงการไม่สามารถทะลุผ่านเซลล์มากกว่าสองสามชั้นได้ แม้จะมีข้อได้เปรียบเหล่านี้ แต่การส่องกล้องด้วยแสงด้วยแสงยังคงต้องเผชิญกับข้อเสีย: เพื่อให้ได้ความเร็วในการถ่ายภาพที่สูงขึ้น จำเป็นต้องใช้เครื่องตรวจจับอัลตราซาวนด์ที่เทอะทะและมีราคาแพงกว่า ซึ่งจำกัดความสามารถในการนำไปใช้ในการผ่าตัดที่มีการบุกรุกน้อยที่สุด
เพื่อจัดการกับความท้าทายนี้ ทีมงานของ Xia ได้แนะนำแนวทางใหม่ การออกแบบ – รายงานใน ชีวเวชศาสตร์ออพติกส์เอ็กซ์เพรส – ขั้นแรกนำเสนอ “กระจกไมโครดิจิทัล” ที่ประกอบด้วยกระจกกล้องจุลทรรศน์เกือบหนึ่งล้านชิ้น ซึ่งแต่ละตำแหน่งสามารถปรับได้อย่างรวดเร็ว นักวิจัยใช้การตั้งค่านี้เพื่อกำหนดรูปร่างหน้าคลื่นของลำแสงเลเซอร์ที่ใช้ในการสแกนตัวอย่างอย่างแม่นยำ
แทนที่จะใช้เครื่องตรวจจับอัลตราซาวนด์แบบเพียโซอิเล็กทริก นักวิจัยได้แนะนำเครื่องสะท้อนเสียงขนาดเล็กแบบออปติคัลที่มีขนาดเล็กกว่ามาก อุปกรณ์นี้ติดตั้งเข้ากับส่วนปลายของไฟเบอร์ออปติก โดยประกอบด้วยอีพอกซีสเปเซอร์ที่เปลี่ยนรูปได้ประกบอยู่ระหว่างกระจกพิเศษคู่หนึ่ง คลื่นอัลตราซาวนด์ที่เข้ามาทำให้อีพอกซีเปลี่ยนรูป โดยเปลี่ยนระยะห่างระหว่างกระจก สิ่งนี้นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในการเปลี่ยนแปลงการสะท้อนแสงของไมโครเรโซเนเตอร์ เมื่อกล้องเอนโดสโคปถูกสแกนแรสเตอร์เหนือตัวอย่าง
เมื่อสอบสวนด้วยเลเซอร์ตัวที่สองซึ่งส่งไปยังปลายของกล้องเอนโดสโคปพร้อมกับใยแก้วนำแสงที่แยกจากกัน ความแปรผันเหล่านี้จะเปลี่ยนแปลงปริมาณของแสงที่สะท้อนกลับไปตามไฟเบอร์ ด้วยการตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ อัลกอริธึมที่พัฒนาโดยทีมงานสามารถสร้างภาพของตัวอย่างและใช้ในการคำนวณว่าสามารถปรับหน้าคลื่นของเลเซอร์สแกนเพื่อให้ได้ภาพที่เหมาะสมที่สุดได้อย่างไร ด้วยข้อมูลนี้ ไมโครมิเรอร์ดิจิทัลจะถูกปรับตามนั้น และกระบวนการนี้จะทำซ้ำ
ด้วยการปรับความยาวโฟกัสของลำแสงเลเซอร์สแกน กล้องเอนโดสโคปยังสามารถสแกนตัวอย่างจากพื้นผิวลงไปที่ระดับความลึก 20 µm ซึ่งช่วยให้ทีมของ Xia สามารถสร้างภาพ 3 มิติที่ได้รับการปรับปรุงอย่างเหมาะสมแบบเรียลไทม์
เพื่อแสดงให้เห็นถึงความสามารถพิเศษเหล่านี้ นักวิจัยได้ใช้อุปกรณ์ของพวกเขาในการถ่ายภาพกลุ่มเซลล์เม็ดเลือดแดงของหนู ซึ่งกระจายไปทั่วพื้นที่ประมาณ 100 µm ด้วยการต่อภาพสแกนโฟโตอะคูสติกเข้าด้วยกัน กล้องเอนโดสโคปจะสร้างภาพ 3 มิติของเซลล์ด้วยความเร็วประมาณ 3 เฟรมต่อวินาที
จากความสำเร็จของพวกเขา Xia และเพื่อนร่วมงานหวังว่ากล้องเอนโดสโคปของพวกเขาสามารถสร้างแรงบันดาลใจให้เกิดความก้าวหน้าใหม่ในการผ่าตัดที่มีการบุกรุกน้อยที่สุด ช่วยให้แพทย์สามารถประเมินการสร้างเนื้อเยื่อระดับโมเลกุลและระดับเซลล์ได้แบบเรียลไทม์ ในการศึกษาในอนาคต ทีมงานจะตั้งเป้าหมายที่จะสำรวจว่าปัญญาประดิษฐ์จะช่วยเพิ่มความเร็วในการถ่ายภาพด้วยแสงเสียงได้อย่างไร
