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Feb 28, 2024

Flessibile

Nature Communications volume 13, numero articolo: 4469 (2022) Cita questo articolo 5548 Accessi 5 Citazioni 58 Altmetric Metrics dettagli Gli endoscopi a fibra senza lente ultrasottili offrono una soluzione minimamente invasiva

Nature Communications volume 13, numero articolo: 4469 (2022) Citare questo articolo

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5 citazioni

58 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

Gli endoscopi a fibra ultrasottile senza lenti offrono indagini minimamente invasive, ma funzionano principalmente come tipo rigido a causa della necessità di calibrazione preventiva di una sonda a fibra. Inoltre, la maggior parte delle implementazioni funziona in modalità fluorescenza anziché in modalità di imaging senza etichetta, il che le rende inadatte alla diagnosi medica generale. Qui, riportiamo un endoscopio a fibra ultrasottile completamente flessibile che acquisisce immagini olografiche 3D di tessuti non colorati con una risoluzione spaziale di 0,85 μm. Utilizzando un fascio di fibre nude sottile fino a 200 μm di diametro, progettiamo una configurazione di imaging olografico Fourier senza lenti per rilevare selettivamente i deboli riflessi dei tessuti biologici, un passaggio fondamentale per l'imaging di riflettanza endoscopica senza etichetta. È stato sviluppato un algoritmo unico per la ricostruzione dell'immagine olografica senza calibrazione, consentendoci di visualizzare immagini attraverso un passaggio stretto e curvo indipendentemente dalla flessione della fibra. Dimostriamo l'imaging a riflettanza endoscopica dei tessuti intestinali di ratto non colorati che sono completamente invisibili agli endoscopi convenzionali. L'endoscopio proposto accelererà una diagnosi più accurata e precoce rispetto a prima con complicazioni minime.

La microscopia ottica è uno strumento essenziale per comprendere la fisiologia dei tessuti viventi grazie alla sua elevata risoluzione spaziale, specificità molecolare e minima invasività1. Tuttavia, questi vantaggi sono fuori portata quando gli oggetti bersaglio si trovano all’interno di passaggi curvi o sotto i tessuti che diffondono la luce. Visualizzando queste aree difficili da raggiungere, gli endoscopi hanno rivoluzionato la pratica medica per la diagnosi precoce delle malattie. Negli ultimi dieci anni sono stati sviluppati endoscopi con risoluzione microscopica per una diagnosi più accurata e precoce2,3. Inoltre, la richiesta di endoscopi ultrasottili (con un diametro della sonda ben inferiore a 1 mm) è in costante crescita per ridurre al minimo il disagio e le complicazioni accompagnate dall'inserimento della sonda dell'endoscopio3,4,5,6,7.

La microscopia endoscopica utilizza tipicamente varie fibre ottiche come canali di guida della luce sottili e flessibili. Ad esempio, è stata utilizzata un'unica fibra ottica collegando vari tipi di dispositivi di scansione ed elementi ottici al lato distale della fibra rivolto verso il campione4,8,9,10. In questa configurazione sono state implementate l'imaging multifotone4,9,11,12,13 e la tomografia ottica coerente (OCT)14,15,16. Tuttavia, lo scanner collegato alla fibra è spesso troppo ingombrante per essere ultrasottile, anche se il diametro della fibra stessa è piccolo. I mezzi di guida delle immagini, come i fasci di fibre coerenti, vengono utilizzati per eliminare la necessità di scanner distali, rendendo così la sonda dell'endoscopio più sottile e più robusta. I singoli nuclei di fibra nel fascio vengono utilizzati come pixel di immagine collegando l'ottica per immagini alla punta del fascio di fibre o creando un contatto diretto della punta della fibra con la superficie del campione17,18. In questa configurazione, è stata implementata la modalità di imaging a fluorescenza ad ampio campo per una diagnosi medica rapida19,20. E l'imaging a fluorescenza confocale è stato realizzato mediante la scansione ad alta velocità del fuoco sul lato prossimale della fibra all'esterno del soggetto con17,21 o senza22 una lente distale. Uno svantaggio critico di questa configurazione è la sua incapacità di acquisire immagini di riflettanza senza etichetta dei tessuti biologici. La forte riflessione posteriore dell'illuminazione che si verifica nei nuclei delle fibre coincide esattamente con segnali di riflessione molto più deboli provenienti dai tessuti biologici. Questo è uno dei motivi principali per cui è ampiamente utilizzata la modalità di imaging in fluorescenza, in cui l'emissione di fluorescenza può essere separata dal rumore di retroriflessione utilizzando filtri colorati. Poiché la maggior parte dell'imaging a fluorescenza richiede la colorazione, il suo utilizzo per la diagnosi clinica generale è limitato. Una soluzione semplice per l'imaging a riflettanza intrinseca consiste nell'introdurre una fibra separata per l'illuminazione. Tuttavia, questo è stato applicabile solo per l'imaging macroscopico a causa del diametro maggiore della sonda e del basso potere di risoluzione spaziale vincolato dalla distanza fibra-campione richiesta per l'illuminazione separata.