Es gab eine explosion in der Verwendung von Endoskopen in den medizinischen Verfahren in den vergangenen 30 Jahren, aus der Prüfung der Leber-und Magen (bekannt als Laparoskopie) zur minimal-invasiven Chirurgie. Der Einsatz dieser Instrumente ist fest etabliert als ein bildgebendes Verfahren, das ermöglicht dem Chirurgen, um zu ’sehen‘ im inneren des Körpers, so dass Sie erkennen, Lymphknoten, die Sie benötigen, zu vermeiden, oder zur Beurteilung der Gesundheit von Lungengewebe, zum Beispiel.
Eine der modernsten Arten von Endoskopen, stützt sich auf Bündel von winzigen optischen Fasern—in der Regel Tausende von Ihnen zu geben die ärzte ein Bild von dem Bereich, der Besorgnis, und Sie haben unzählige Leben gerettet.
Während optische Fasern sind perfekt für die Rolle—zu Dünn, flexibel, chemisch inert und ungiftig, als auch immun gegen elektromagnetische Störungen durch andere medizinische Instrumente—Sie haben einen Nachteil: der Arzt kann nur sehen, in zwei Dimensionen, und diese Flachheit des Bildes ist eine Einschränkung bei der Diagnose von Bedingungen. Aber das ist alles ändern.
Forscher in der Mitte für Nanoscale-Biophotonik (CNBP) entwickelt haben, eine clevere Technik, um die kleinen, manchmal verschwommenen Bilder von zellulären Regionen, die nicht nur schärfer, sondern 3-dimensional. Die Forschung hat das Potenzial zur Verbesserung der Endoskopie durch die Bereitstellung einer höheren Qualität und mehr detailliertes Bild.
„Wir gingen zurück über die Physik, wie das optische Faserbündel Arbeit und erkannte, dass Sie tatsächlich übertragen 3-D-Bilder als gut“, sagte Dr. Antonius Orth, ein ehemaliger research fellow an der CNBP der RMIT University Knoten in Melbourne unter Prof Brant Gibson, CNBP chief investigator für Nanomaterialien und multimodale Bildgebung.
„Die Menschen im Allgemeinen davon ausgehen, dass jede Faser in dem Bündel nur die Berichte der Helligkeit am anderen Ende. Aber es gibt mehr zu es. Wenn Sie senden Licht in unterschiedlichen Winkeln in die Faser, es wird in diese wunderschönen Muster, die sogenannten Modi,“ fügte er hinzu. „Das ist, wo die Magie passiert.“
Dr. Orth hatte die überprüfung der grundlegenden Physik zu suchen für die neue Nutzung und den Austausch von Ideen rund um die Bildgebung mit CNBP Kollege Dr. Martin Plöschner von der Universität von Queensland.
„Nach dem spielen, um mit diesen Fasern für ein paar Monate, wurde es offensichtlich, dass, wenn Sie werfen ein Licht an einem Ende zu einem wirklich hohen Winkel, am anderen Ende sehen Sie alle diese verrückten Muster, nur scheinbar zufällig ausgerichtet“, sagt Dr. Orth. „Es ist eine wirklich auffallende visuelle Wirkung, und völlig anders zu dem, was Sie bekommen, wenn mit der Faser unter normalen Umständen.
„Ich erkannte, dass wir waren nicht nur zu sehen, räumliche Verteilung des Lichts, wir waren auch zu sehen, die Winkelverteilung und—wenn man Messen kann, sowohl von denen an der gleichen Zeit, haben Sie ein Licht-Feld,“,‘ fügte er hinzu.
Es stellte sich heraus, Dr. Orth die Promotion hatte zentriert auf Licht Felder, und er konnte sofort sehen, wie die räumliche und Winkel-Informationen können kombiniert werden um eine 3-D-Bild. „Können Sie reorganisieren die Lichtstrahlen um den Fokus zu verschieben, oder senden Sie eine Gruppe von Winkeln auf einem sensor und einer anderen Gruppe zur anderen, und haben ein stereoskopisches Bild,“ sagte er. „Es ist wie eine kleine multifokale Linse in die Faser.“
Aber machen Sie es Realität, war alles andere als einfach. „Ich wusste, dass wir in der Lage sein sollten, dies zu tun, aber es dauerte noch ein paar Jahre, bis Sie in der Lage, vollständig zu realisieren“, sagte er. „Wir hatten zu konkretisieren, die Mathematik in der Lage sein, quantitativ zu drehen, die modalen Informationen, die in die Tiefe Informationen, das war der schwierigste Teil. Die intuition war es, Sie einfach nur zu halten, schuften an der Mathematik.“
Die Größe der microendoscopes macht Sie ideal für den Zugriff auf hart-zu-erreichen Bereiche des menschlichen Körpers. Aber bis jetzt, Sie waren zu klein, um Elemente enthalten, die benötigt werden für komplexe Fokussierung der Optik. Aber „light field imaging“, wie der Technik bekannt ist, ermöglicht Fokussierung, stereo-Visualisierung und-Tiefe mapping auf der Faser-Spitze, die sich auf optische Faserbündel bereits im klinischen Einsatz. Die bundles sind nur drei Viertel von einem millimeter breit und enthalten als 30.000 Fasern.
„Es gibt Ihnen die 3-D-Struktur, von welchem Gewebe Sie sich ansehen, was es erlaubt, zu sagen, ob ein Gewebe gutartig oder bösartig oder irgendwo dazwischen“, sagt Dr. Orth. „Wir haben experimentell gezeigt, die Sie bekommen können 3-D-Informationen auf diese Weise. Der nächste Schritt ist, es zu tun in Tiere und dann Menschen.“
In der Tat, die Herangehensweise des Teams microendoscopic Licht Bereich Fluoreszenz-imaging, für die ein patent anhängig ist—kann zu etablieren optische Faserbündel als eine neue Klasse von light field sensor, in der Lage, finden Sie unter surface-features, und Karte Ihre Tiefe mit einer rate von bisher unerreichter Genauigkeit. Und es gibt einen zusätzlichen Vorteil, dass die Technik nutzt off-the-shelf-Fasern, die hoffentlich zu übersetzen, um schnellere Akzeptanz in der Medizin. „Die Idee ist, zu versuchen, die gleiche Art von Informationen, die Sie während einer Biopsie, aber tun Sie es rechts an die Seite. Das ist es, was wir wollen, zu arbeiten. Dies ist der erste Schritt in diese Richtung.“