Исследователи показали, что существующая технология оптического волокна может быть использована для получения микроскопических 3D-изображений тканей внутри тела, прокладывая путь к 3D-оптической биопсии.
В отличие от обычной биопсии, где ткани собирают и отправляют в лабораторию для анализа, оптическая биопсия позволяют врачам исследовать живую ткань в организме в режиме реального времени.
Этот минимально инвазивный подход использует ультратонкие микроэндоскопы, чтобы заглянуть внутрь тела для диагностики или во время операции, но обычно выдает только двумерные изображения.
Исследование, проведенное Университетом RMIT в Мельбурне, Австралия, теперь показало 3D потенциал существующей технологии микроэндоскопа.
Разработка, опубликованная в Science Advances, является важным первым шагом на пути к 3D оптической биопсии, для улучшения диагностики и точной хирургии.
Ведущий автор д-р Энтони Орт сказал, что новая технология использует метод визуализации светового поля для получения микроскопических изображений в стереоскопическом виде, подобных 3D-фильмам, которые вы смотрите в 3D-очках.
«Стереозрение — это естественный формат человеческого зрения, когда мы смотрим на объект с двух разных точек обзора и обрабатываем их в нашем мозге, чтобы воспринимать глубину», — сказал Орт.
«Мы показали, что можно сделать что-то подобное с тысячами крошечных оптических волокон в микроэндоскопе.
«Оказывается, эти оптические волокна естественным образом захватывают изображения с разных точек зрения, давая нам восприятие глубины в микромире.
«Наш подход может обрабатывать все эти микроскопические изображения и комбинировать точки обзора, чтобы обеспечить визуализацию исследуемой ткани — изображение в трех измерениях.»
Как это работает
Исследование показало, что пучки оптических волокон передают 3D-информацию в виде светового поля.
Задача исследователей заключалась в том, чтобы использовать записанную информацию, расшифровать ее и получить необходимое изображение.
Их новый метод не только преодолевает эти проблемы, он работает даже тогда, когда оптическое волокно изгибается в нескольких местах на своем протяжении — это необходимо для клинического использования в организме человека.
Подход основан на принципах визуализации светового поля, где традиционно несколько камер смотрят на одну и ту же сцену с несколько разных точек обзора.
Системы визуализации светового поля измеряют угол попадания лучей в каждую камеру, записывая информацию об угловом распределении света для создания изображения с нескольких точек обзор
Но как вы записываете эту угловую информацию через оптическое волокно?
«Ключевое наблюдение, которое мы сделали, заключается в том, что угловое распределение света тонко скрыто в деталях того, как эти пучки оптических волокон передают свет», — говорит Орт.
«Волокна, по существу, «помнят», как изначально был послан свет — картина света с другой стороны зависит от угла, под которым свет вошел в волокно.»
Имея это в виду, исследователи RMIT и их коллеги разработали математический базис для связи выходных паттернов с углом светового луча.
«Измеряя угол лучей, поступающих в систему, мы можем вычислить 3D-структуру микроскопического флуоресцентного образца, используя только информацию в одном изображении», — сказал профессор Брант Гибсон, старший следователь и заместитель директора CNBP.
Таким образом, пучок оптического волокна действует как миниатюрная версия камеры светового поля.
«Интересно то, что наш подход полностью совместим с пучками оптических волокон, которые уже используются в клинической практике, поэтому возможно, что 3D-оптическая биопсия может стать реальностью очень скоро.»
Источник: RMIT University