2019-08-16 06:26:02
微小的无透镜内窥镜捕获小于细胞的物体的三维图像

微小的无透镜内窥镜捕获小于细胞的物体的三维图像.jpg

研究人员开发了一种新的自校准内窥镜,可以生成小于单个细胞的物体的三维图像。在没有镜片或任何光学,电气或机械组件的情况下,内窥镜的尖端仅跨越200微米,大约是扭曲在一起的几根人类毛发的宽度。

作为用于在活组织内部成像特征的微创工具,极薄的内窥镜可以实现各种研究和医疗应用。该研究将于9月15日至19日在美国华盛顿特区举行的光学+激光科学前沿(FIO + LS)会议上发表。

根据德国德累斯顿工业大学主任和C4教授Juergen W. Czarske的说法,该论文的主要作者:“无透镜光纤内窥镜的大小与针头大小差不多,因此可以进行微创接入和高对比度成像。以及对光纤弯曲或扭曲的强大校准的刺激。“内窥镜可能特别适用于使用光来刺激细胞活动的光遗传学研究方法。它还可用于在医疗程序和技术检查期间监测细胞和组织。

自校准系统

传统的内窥镜使用相机和灯来捕捉身体内的图像。近年来,研究人员开发出了通过光纤捕获图像的替代方法,无需使用笨重的相机和其他笨重的组件,从而可以实现更薄的内窥镜。然而,尽管它们有希望,但这些技术受到诸如不能容忍温度波动或纤维弯曲和扭曲的限制。

使这些技术切实可行的一个主要障碍是它们需要复杂的校准过程,在许多情况下光纤正在收集图像。为了解决这个问题,研究人员在相干光纤束的尖端添加了一块厚度仅为150微米的薄玻璃板,这是一种常用于内窥镜应用的光纤。实验中使用的相干光纤束宽约350微米,由10,000个芯组成。

当中心光纤芯被照射时,它发射的光束被反射回光纤束,并用作测量光传输方式的虚拟导星,称为光学传递函数。光学传递函数提供系统用于在运行中自我校准的关键数据。

保持视图焦点

新设置的关键组件是空间光调制器,用于操纵光的方向并实现远程聚焦。空间光调制器将光学传递函数和图像补偿到光纤束上。来自光纤束的后向反射光被捕获在相机上并与参考波叠加以测量光的相位。

虚拟导星的位置决定了仪器的焦点,最小焦距直径约为1微米。研究人员使用自适应镜头和2-D电子计镜来移动焦点并在不同深度进行扫描。

展示三维成像

该团队使用它对140微米厚的盖玻片下的三维试样进行成像测试。该设备以超过400微米的13步扫描图像平面,图像速率为每秒4个周期,该设备成功地在3-D样本的顶部和底部成像颗粒。然而,随着电流计镜的角度增加,其焦点恶化。研究人员建议未来的工作可以解决这一局限。此外,使用具有更高帧速率的电流计扫描仪可以更快地获取图像。

“这种新颖的方法能够实现实时校准和成像,具有最小的侵入性,对于原位三维成像,基于芯片实验室的机械细胞操作,深层组织体内光遗传学和关键孔技术非常重要。检查,“Czarske说。

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