Os pesquisadores fabricaram um novo tipo de feixe de fibra óptica cheio de ar que pode melhorar muito os endoscópios usados ​​para procedimentos médicos, como cirurgias minimamente invasivas ou broncoscopias. A nova tecnologia também pode levar a endoscópios que produzem imagens usando comprimentos de onda infravermelhos, que permitiria procedimentos diagnósticos que não são possíveis com endoscópios hoje.

Os endoscópios usam feixes de fibras ópticas para transmitir imagens de dentro do corpo. A luz caindo em uma extremidade do feixe de fibras viaja através de cada fibra até a extremidade oposta, permitindo que uma imagem seja transportada na forma de milhares de pontos que são muito parecidos com os pixels que compõem uma imagem digital.

As fibras ópticas consistem em um núcleo interno e um revestimento externo com diferentes propriedades ópticas, que retém a luz para dentro e permite que ela viaje pela fibra. Em vez de usar núcleos e revestimentos feitos de dois tipos de vidro, como a maioria dos feixes de fibra, os novos feixes usam uma série de núcleos de vidro cercados por capilares de vidro ocos cheios de ar que atuam como revestimento.

No jornal The Optical Society (OSA) Cartas de Óptica , pesquisadores mostram que seus novos feixes de fibras, que eles chamam de fibras de imagem cladeadas a ar, manter a resolução das melhores fibras de imagem comercial no dobro da faixa de comprimento de onda em que as fibras comerciais podem ser usadas. A nova fibra poderia ser usada para criar endoscópios menores ou com resoluções mais altas do que os disponíveis hoje.

"Resolução mais alta é sempre útil para os médicos que realizam procedimentos endoscópicos, mas os trabalhos mais sensíveis, como aqueles no cérebro, geralmente requerem os instrumentos mais finos, "disse o primeiro autor do jornal, Harry Wood, da Universidade de Bath. "Esses instrumentos são geralmente tão estreitos que a fibra de imagem contém poucos núcleos para fazer uma imagem clara. Nossos feixes de ar permitem que mais fibras sejam embaladas em um diâmetro menor e, portanto, provavelmente serão particularmente úteis nessas situações."

Além de aplicações em diagnósticos e tratamentos médicos, a nova fibra pode ser útil para aplicações industriais, como monitoramento do conteúdo de máquinas perigosas ou geração de imagens do interior de brocas de petróleo e minerais.

Combinando ar e vidro

Quando um feixe de fibras contém um número maior de núcleos dentro de uma determinada área de seção transversal, ele produzirá imagens mais detalhadas da mesma forma que uma câmera com mais pixels cria imagens de resolução mais alta. Contudo, se os núcleos forem muito pequenos e próximos, a luz pode vazar de um para o outro e a imagem fica embaçada.

"A estrutura em favo de mel que desenvolvemos combina vidro e ar para conter a luz com muito mais firmeza nos núcleos do que as fibras de imagem tradicionais que usam dois tipos de vidro, "disse Wood." Isso nos permite aproximar os núcleos mais do que nunca, ou espremer comprimentos de onda mais longos de luz, sem o embaçamento que seria visto com as abordagens convencionais. "

O fato de que as novas fibras funcionam bem com comprimentos de onda na porção infravermelha do espectro poderia permitir o desenvolvimento de endoscópios que reproduzem marcadores fluorescentes que emitem nesses comprimentos de onda. A luz infravermelha também pode ser usada para obter imagens de células que estão inseridas mais profundamente no tecido do que aquelas que podem ser visualizadas com comprimentos de onda visíveis.

"Existem sondas marcadoras fluorescentes que emitem luz de comprimentos de onda específicos em resposta a certas bactérias ou células do sistema imunológico, "disse Wood." Isso poderia ser muito eficaz para destacar doenças no pulmão, por exemplo, mas atualmente podemos usar apenas uma ou duas dessas sondas na faixa de comprimento de onda oferecida pela tecnologia de endoscópio atual. "

Comparando o desempenho da fibra

Para testar as fibras de imagem, os pesquisadores fizeram um feixe de fibra revestido de ar que combinava com a resolução de uma fibra comercial líder porque tinha o mesmo espaçamento entre os núcleos. Eles foram capazes de incorporar mais de 11, 000 núcleos na fibra, empilhando várias estruturas menores em colmeia.

Os pesquisadores apontam que o princípio por trás das novas fibras é conhecido há anos, mas que a fabricação se aproxima, especialmente para fibras com lacunas de ar, recentemente avançaram ao ponto em que essas fibras poderiam ser feitas.

Os pesquisadores usaram seu novo feixe de fibra cladeado a ar e a fibra comercial para obter a imagem de um alvo de teste padrão. "Ficamos muito satisfeitos em descobrir que a fibra revestida de ar funcionou bem além da faixa de comprimento de onda que nossa câmera visível podia detectar, "disse Wood." Quando mudamos para uma câmera infravermelha, vimos que a fibra criava uma imagem nítida com o dobro do comprimento de onda que a fibra comercial alcançava. "