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高分辨率显微内窥镜

2016/3/18 16:22:44点击:

工程师在斯坦福大学已经开发了一个原型的单纤维,提高了这些抢手的四倍超过现有设计仪器的分辨率。进展可能导致针薄时代,微创内窥镜能够查看特色的仪器今天已达到。

      斯坦福大学的工程师们已经展示了一种高分辨率的内窥镜,这是一种比以往同类设计的高分辨率四倍的。所谓微内窥镜是一个重要的一步,在高分辨率,微创生物成像,具有潜在的应用在研究和临床实践。微内窥镜可以使不同领域的新方法,用于研究脑早期癌症检测。

     是由Joseph Kahn指导下的一个团队开发的,斯坦福大学工程学院电气工程系教授。结果最近发表在杂志光学快报和展示在美国的“聚光光学学会光学”。

     他们的原型可以解决约2.5微米大小的物体,很容易达到0.3微米的分辨率。一微米是一千分之一毫米。相比之下,今天的高分辨率的可以解决对象只有大约10微米。肉眼可以看到物体下降到大约125微米。

     卡恩最出名的是他的工作,在光纤通信–超快速的数据管道和大型互联网数据中心的本质。他的工作对内窥镜LED光源始于两年前当他和一个斯坦福大学的电气工程师,奥拉夫·索尔高,讨论生物光子学–光场为基础的技术,用于研究生物系统。

     奥拉夫想知道它是否可以通过一个单一的细如发丝的光纤发送光,形成身体内的一个亮点和扫描记录活组织的图像。机遇与挑战,卡恩和solgaard知道,安息在多模光纤中光的传播通过许多不同的路径,在已知的光学模式;因此得名,多模光纤。光线是通过这种纤维传送复杂信息的,无论是计算机数据还是图像,但它被炒得有可能无法识别前进的道路上。

    卡恩想出了一个办法来解开扰码信息通过使用一个小型液晶显示器称为空间光调制器。让这成为可能,卡恩和他的研究生礼纳昔里表mahalati开发的自适应算法–专门的计算机程序–由空间光调制器的光学会了如何解读。几年前,卡恩曾使用类似的方法来解读通过多模光纤传输计算机数据传输速度的世界纪录。

    在显微内窥镜的研究发生了意想不到的和幸运的把当纳昔里表mahalati提到的开创性工作在磁共振成像(MRI)由约翰保利做的,另一个斯坦福大学电气工程师。保利用随机抽样大大加快在核磁共振图像记录。

    纳昔里表mahalati说,“为什么不使用随机模式加快通过多模光纤成像?”“这就是,我们在路上,”卡恩。“记录设置微内窥镜诞生了。”

    卡恩的显微内窥镜空间光调制器项目随机光模式通过纤维在体内照射物体的观察。反射光通过光纤到一台计算机上的反射。在打开电脑,,措施的光反射功率和使用算法和同生纳昔里表mahalati若愚顾了重构图像。

    卡恩和他的学生们惊奇地发现,他们可以解决四倍的图像特征在光纤模式的数量。“以前的单纤维内窥镜光源有限的分辨率,在光纤中的模式的数量,”卡恩说,“所以这是一个四倍的改善。”但结果,提高了团队的科学难题。“这意味着,在某种程度上,我们捕捉到物理定律告诉我们更多的信息可以通过光纤,”卡恩。“似乎是不可能的。”球队在几周的悖论,他们想出了一个解释之前。随机强度图案组合,可通过光纤传播模式,提高模式四生产四倍的图像多细节。“以前的研究忽视了混合。我们用于图像重建的非常规的算法是揭示隐藏的图像细节的关键,”卡恩和团队已经创建了一个工作原型。在这一点的主要限制因素是,纤维必须保持刚性。弯曲多模光纤将图像面目全非。相反,纤维被放置在一个薄的针,以保持其刚性插入。刚性内窥镜光源–那些经常使用的手术–是常见的,但他们往往用比较厚,棒状透镜产生良好的图像。另一方面–柔性用于结肠镜检查和ureteroscopies那种–通常采用单纤维束的成千上万,每个传送图像的单个像素点。两种都是笨重和有限的分辨率。

单纤维内窥镜如卡恩最终会微创成像系统,并已在光学工程研究过去几年的重点。

    卡恩不开发的单纤维内窥镜光源的第一,但在提高分辨率,现在有可能去设想一个纤维内窥镜光源直径大约为十分之二毫米–比人的头发–可以解决约80000像素分辨率约一微米厚的十分之三只。今天最好的柔性光纤内窥镜LED光源,通过比较,直径约半毫米,可以解决约10000像素,分辨率约为3微米。

未来

一个刚性的单纤维微内窥镜光源可以使无数新的程序,用于显微成像的生物。这些范围从分析脑组织神经元细胞生物学研究肌肉生理学和疾病的早期发现各种形式的癌症。展望未来,卡恩是潜在的工作与生物医学研究人员开拓这些应用感到兴奋,但作为一个物理学家和心的工程师,他最着迷的创建一个灵活的单纤的技术挑战。“没有人知道如果一个灵活的是可能的,但我们要试试,”卡恩。