Meta-optik fiberler endoskopları küçültür – Fizik Dünyası

Meta-optik olarak bilinen ultra ince optik elemanlar, bu tıbbi cihazların sınırlayıcı faktörlerinden biri olan endoskopların uç uzunluğunu azaltabilir. Bu, uç uzunluğunu üçte bir oranında azaltmak için ters tasarım yaklaşımını kullanan Washington Üniversitesi'ndeki araştırmacıların en son bulgusu. Ayrıca endoskopun görünür spektrumun tamamında gerçek zamanlı olarak video yakalayabildiğini de gösterdiler; bu, önceki yaklaşımlarda zor olduğu kanıtlanan bir şeydir.

Endoskopi, iç dokuların görüntülerini elde etmek için vücuda uzun, esnek bir tüpün (bir kamera ve bir ışık kılavuzundan oluşan) yerleştirilmesini içerir. Mevcut cihazlarda tüpün ucu sert bir optik bileşenle donatılmıştır; bu bileşenin uzunluğu, cihazın atardamarlar gibi küçük kıvrımlı kanallardan geçebilmesi açısından temel bir sınırlamadır.

Prensipte bu sorun, tek bir optik fiberden veya bir fiber demetinden bir endoskop yapılarak çözülebilir, ancak buradaki sorun, fiberlerden aşağı doğru ilerleyen ışığın bir kısmının kusurlar nedeniyle dağılması ve tanınmayacak kadar bozulmasıdır. Bu nedenle doğru bir görüntü elde etmek için yeniden yapılandırılamaz. Bu tür cihazlar aynı zamanda kısa çalışma mesafeleriyle sınırlıdır.

Düz meta-optikler umut verici bir alternatif sunuyor. Bunlar, gelen bir dalga cephesinin fazını ve genliğini şekillendirmek için tasarlanmış nano ölçekli ışık dağıtıcı dizileri içeren dalga boyu altı kırınımlı optik elemanlardır. Bununla birlikte, bu öğelerin güçlü sapmalara (veya bulanıklığa) maruz kalması, geniş görüş alanını (FoV) ve tam renkli görüntülemeyi zorlaştırması nedeniyle yine bir sorun vardır; bu, klinik endoskopi için kritik bir durumdur. Aslında, metalensler tipik olarak belirli bir dalga boyu için (yeşil diyelim) keskin görüntüler üretirken, diğer renkleri (kırmızı ve mavi) güçlü bir şekilde bulanıklaştırırlar.

Her ne kadar bu zorluklar bir dereceye kadar dağılım mühendisliği ile çözülebilse de, ortaya çıkan cihazlar küçük açıklıklara (örneğin yaklaşık 125 µm) sahiptir, kısa çalışma mesafelerine (yaklaşık 200 µm) sahiptir veya karmaşık hesaplamalı son işlemler gerektirir; Zaman görüntüleme zorludur.

Gerçek zamanlı tam renkli görüntüler yakalama

Araştırmacılar öncülüğünde Johannes Fröch ve Arka Majumdar 1 mm çaplı tutarlı bir fiber demeti ile gerçek zamanlı, tam renkli görüntüler yakalamak için optimize ettikleri ters tasarlanmış bir meta-optik elemanla artık bu zorluklara bir çözüm bulunabilir. Sistemleri 22.5° FoV, 30 mm'den fazla alan derinliği (DoF) ve yalnızca 2.5 mm ölçen sert bir uç sağlar; yani geleneksel ticari "gradyan indeksli" lenslerden %33 daha küçüktür entegre fiber demet endoskopları. Daha kısa odak uzaklığı ve ultra ince meta-optik sayesinde bu başarı mümkün.

Fröch şöyle açıklıyor: "Meta-optik, ışığı günlük yaşamda alışık olduğumuz merceklere göre farklı şekillerde yönlendiren optik öğelerdir." "Meta-optikler, kavisli bir cam yüzey yerine ışığın nasıl kırıldığını etkileyen küçük nanoyapılardan oluşuyor. Bu, onu esasen bükebileceğimiz ve belirli yönlere yönlendirebileceğimiz veya başka egzotik işlevlere sahip olabileceğimiz anlamına geliyor."

Ters tasarımın, metaoptiğin yapısının gerekli işlevselliğe göre tasarlandığı bir yaklaşım olduğunu ekliyor. "Temel olarak istediğimiz sonuçla başlıyoruz ve ardından o sonucu en yakın şekilde üretecek yapıyı buluyoruz" diyor Fizik dünyası.

Meta-optiklerin yaklaşımı ve üretiminin çok doğru olması gerekiyor ve araştırmacılar, süreçteki tüm adımları optimize etmek için doğru yazılım araçlarını ve üretim koşullarını geliştirmek için birkaç yıl harcadıklarını söylüyorlar.

Endoskopik uygulamalara mükemmel uyum sağlar

Meta-optikle tam renkli görüntüleme elde etmek de son derece zordur çünkü renk aralığı arttıkça çözünürlük genellikle kötüleşir. Fröch, "Meta-optik genellikle yalnızca belirli bir dalga boyu için çalışır, ancak bu konu üzerinde çalışmaya başladığımızda, meta-optik fiber endoskopun çözünürlüğünün sonuçta tutarlı fiber demeti ile sınırlı olduğunu fark ettik" diyor. "Böylece bu uygulama için standart lenslerle karşılaştırılabilecek tam renkli görüntüleme elde etmek için renk bant genişliğini çözünürlükle doğru şekilde değiştirmiş olacağız."

Ultra ince fotoakustik görüntüleme probu bir iğnenin içine sığar

Washington Üniversitesi ekibi çalışmalarını rapor ediyor eIşık, metaoptiğin endoskopik uygulamalara mükemmel şekilde uygun olduğunu ve hatta hiperspektral görüntüleme veya faz kontrastlı görüntüleme gibi çok daha egzotik işlevleri gerçekleştirmek için potansiyel olarak kullanılabileceğini söylüyor. Fröch, "Gerçekten pek çok fırsatın önünü açıyorlar ve şu anda bu olası uygulamaların çoğu üzerinde çalışmak için diğer araştırma grupları ve cerrahlarla iletişim halindeyiz" diye açıklıyor.

Ancak gerçek dünyadaki uygulamalar gün ışığına çıkmadan önce hâlâ aşılması gereken birçok zorluk olduğunu kabul ediyor. Birincisi, daha da kısa bir uç uzunluğu elde etmek için meta-optiklerin özelliklerinin optimize edilmesi gerekiyor. "Güvenli çalışmayı sağlamak için metaoptiği endoskopla daha iyi entegre etmenin bir yolunu da bulmamız gerekiyor" diyor. "Sonuçta, meta-optiğin optik fiberle düşük maliyetli ve ölçeklenebilir entegrasyonuna olanak tanıyan ve böylece cihazların geniş çapta erişilebilir olmasını sağlayan bir çözüm bulmak istiyoruz."

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. Otomotiv / EV'ler, karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• Blok Ofsetleri. Çevre Dengeleme Sahipliğini Modernleştirme. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/meta-optical-fibres-downsize-endoscopes/