Montagem experimental de endomicroscópio holográfico ultrafino. (a) O feixe de saída de um laser é dividido em feixes de amostra e de referência. O feixe de amostra é entregue à amostra através do feixe de fibras. O sinal de retrodifusão da amostra, indicado em amarelo para maior clareza, embora seu comprimento de onda seja idêntico ao da onda incidente, é capturado pelo feixe de fibras e entregue à câmera. O feixe de referência gera um interferograma junto com o feixe de sinal na câmera. (b) Princípio de formação de imagem. O espectro angular da amostra é obtido em condições de Fresnel separando a distância entre o objeto e a fibra óptica. Crédito:Instituto de Ciências Básicas
Se você está acostumado a fazer exames de saúde regulares, pode estar familiarizado com os endoscópios. O endoscópio é um dispositivo de imagem que consiste em uma câmera e um guia de luz acoplado a um tubo longo e flexível. É particularmente útil para adquirir imagens do interior de um corpo humano. Por exemplo, a endoscopia do estômago e do cólon é amplamente utilizada para a detecção precoce e diagnóstico de doenças como úlceras e cânceres.
Em geral, um endoscópio é fabricado acoplando um sensor de câmera na extremidade de uma sonda ou usando uma fibra óptica, que permite que as informações sejam transmitidas por meio de luz. No caso de um endoscópio que utiliza um sensor de câmera, a espessura da sonda aumenta, o que torna a endoscopia bastante invasiva. No caso de um endoscópio com feixe de fibra óptica, ele pode ser fabricado em um formato mais fino, o que minimiza a invasividade e resulta em muito menos desconforto para os pacientes.
No entanto, a desvantagem é que, em um endoscópio de feixe de fibra convencional, é difícil realizar imagens de alta resolução, porque a resolução da imagem obtida é limitada pelo tamanho dos núcleos de fibra individuais. Muitas das informações da imagem também são perdidas devido à reflexão da ponta da sonda. Além disso, na endoscopia de fibra, muitas vezes é necessário rotular o alvo com fluorescência, especialmente em amostras biológicas com baixa refletividade, devido ao forte ruído de retrorreflexão gerado pela ponta da sonda fina.
Imagens endomicroscópicas através de uma passagem estreita e curva e capacidade de imagem 3D. (a) e (b) mostram vistas frontal e superior da configuração experimental, respectivamente. (c) e (d) mostram a imagem endoscópica convencional e a imagem reconstruída com o endoscópio recém-desenvolvido, respectivamente. Barras de escala:20 μm. (e) mostra imagens endoscópicas de alvos empilhados. Dois alvos de resolução foram colocados em duas profundidades diferentes, 1 e. Imagens reais dos alvos nas profundidades 1 e 2 tiradas pelo microscópio de campo claro convencional foram mostradas ao lado do esquema. (f) e (g) exibem imagens endoscópicas para as profundidades de 1 e 2, respectivamente, reconstruídas usando uma única gravação de matriz de reflexão. Crédito:Instituto de Ciências Básicas
Recentemente, uma equipe de pesquisa liderada por CHOI Wonshik, Diretor Associado do Centro de Espectroscopia Molecular e Dinâmica (CMSD) do Instituto de Ciências Básicas (IBS), desenvolveu um sistema de endoscópio holográfico de alta resolução. Os pesquisadores conseguiram superar a limitação anterior da endoscopia de fibra óptica e conseguiram reconstruir imagens de alta resolução, sem conectar uma lente ou qualquer equipamento à extremidade distal do feixe de fibras.
Esse feito foi realizado medindo as imagens holográficas das ondas de luz que são refletidas do objeto e capturadas pelo feixe de fibras. Os pesquisadores primeiro iluminaram um objeto focando a luz em um único núcleo de um feixe de fibra e mediram imagens holográficas que foram refletidas do objeto a uma certa distância da fibra óptica. No processo de análise das imagens holográficas, foi possível reconstruir a imagem do objeto com resolução microscópica corrigindo o retardo de fase que ocorre por cada núcleo de fibra. Especificamente, um algoritmo de otimização de imagem coerente exclusivo foi desenvolvido para eliminar atrasos de fase induzidos por fibra em ambos os caminhos de iluminação e detecção e reconstruir uma imagem de objeto com uma resolução microscópica.
Como o endoscópio desenvolvido não acopla nenhum equipamento à extremidade da fibra óptica, o diâmetro da sonda do endoscópio é de 350 μm, mais fino que a agulha utilizada para injeção hipodérmica. Usando essa abordagem, os pesquisadores conseguiram obter imagens de alta resolução com uma resolução espacial de 850 nm, que é muito menor que o tamanho do núcleo do feixe de fibra óptica.
Imagens microscópicas de vilosidades em um intestino de rato. (a) mostra a imagem do endoscópio de refletância convencional tirada quando o feixe de fibras estava em contato com as vilosidades. (b) mostra a imagem de transmissão obtida através do feixe de fibras. A iluminação LED foi enviada das vilosidades para o feixe de fibras. (c)-(f) exibir imagens de refletância sem rótulo obtidas usando o endoscópio holográfico recém-desenvolvido. (g) mostra uma imagem reconstruída de duas vilosidades costurando várias imagens tiradas em uma ampla região de interesse. O feixe de fibra de 350 μm de diâmetro foi usado para aquisição de imagem. Barra de escala:100 μm. Crédito:Instituto de Ciências Básicas
Os pesquisadores passaram a testar o novo sistema de endoscopia holográfica de Fourier para visualizar a estrutura das vilosidades de camundongos. Foi possível adquirir imagem de alto contraste removendo efetivamente o ruído de retrorreflexão da sonda, mesmo em amostras biológicas com refletividade muito baixa, como vilosidades de ratos. Além disso, o pós-processamento das informações holográficas medidas possibilitou a reconstrução de imagens 3D de várias profundidades a partir de um único conjunto de dados com uma resolução de profundidade de 14 μm.
Acredita-se que a aplicação prática deste novo endoscópio irá melhorar muito a forma como podemos visualizar as estruturas internas do nosso corpo de forma minimamente invasiva, com pouco ou nenhum desconforto para os pacientes. Também abrirá a possibilidade de observar diretamente cavidades tão pequenas quanto microvasos e as menores vias aéreas dos pulmões, o que era impossível com tecnologias pré-existentes. Os pesquisadores até sugeriram que a aplicação de seu novo endoscópio pode ir muito além da área médica, pois pode ser potencialmente útil para inspeções industriais de semicondutores e microprocessadores.
A pesquisa foi publicada em
Nature Communications .
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