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Feb 28, 2024

Flexível

Nature Communications volume 13, número do artigo: 4469 (2022) Citar este artigo 5548 Acessos 5 citações 58 Detalhes das métricas altmétricas Endoscópios de fibra ultrafina sem lentes oferecem minimamente invasivos

Nature Communications volume 13, número do artigo: 4469 (2022) Citar este artigo

5548 acessos

5 citações

58 Altmétrico

Detalhes das métricas

Os endoscópios de fibra ultrafina sem lente oferecem investigação minimamente invasiva, mas operam principalmente como um tipo rígido devido à necessidade de calibração prévia de uma sonda de fibra. Além disso, a maioria das implementações funciona no modo de fluorescência, em vez do modo de imagem sem rótulo, tornando-as inadequadas para diagnóstico médico geral. Aqui, relatamos um endoscópio de fibra ultrafina totalmente flexível, obtendo imagens holográficas 3D de tecidos não corados com resolução espacial de 0,85 μm. Usando um feixe de fibras nuas tão fino quanto 200 μm de diâmetro, projetamos uma configuração de imagem holográfica de Fourier sem lente para detectar seletivamente reflexos fracos de tecidos biológicos, uma etapa crítica para imagens de refletância endoscópica sem rótulos. Um algoritmo exclusivo foi desenvolvido para reconstrução de imagem holográfica sem calibração, permitindo-nos obter imagens através de uma passagem estreita e curva, independentemente da curvatura da fibra. Demonstramos imagens de refletância endoscópica de tecidos intestinais de ratos não corados que são completamente invisíveis aos endoscópios convencionais. O endoscópio proposto irá agilizar um diagnóstico mais preciso e precoce do que antes, com complicações mínimas.

A microscopia óptica é uma ferramenta essencial para a compreensão da fisiologia dos tecidos vivos devido à sua alta resolução espacial, especificidade molecular e mínima invasividade1. No entanto, esses benefícios estão fora de alcance quando os objetos alvo estão localizados dentro de passagens curvas ou sob tecidos que dispersam a luz. Ao visualizar essas áreas de difícil acesso, os endoscópios revolucionaram a prática médica para o diagnóstico precoce de doenças. Na última década, endoscópios com resolução microscópica foram desenvolvidos para diagnósticos mais precisos e precoces2,3. Além disso, a demanda por endoscópios ultrafinos (com diâmetro de sonda bem abaixo de 1 mm) tem crescido continuamente para minimizar o desconforto e as complicações acompanhadas pela inserção da sonda endoscópica3,4,5,6,7.

A microscopia endoscópica normalmente emprega várias fibras ópticas como canais condutores de luz finos e flexíveis. Por exemplo, uma única fibra óptica tem sido usada anexando vários tipos de dispositivos de varredura e elementos ópticos ao lado distal da fibra voltado para a amostra 4,8,9,10. Imagens multifotônicas4,9,11,12,13 e tomografia coerente óptica (OCT)14,15,16 foram implementadas nesta configuração. No entanto, o scanner conectado à fibra costuma ser muito volumoso para ser ultrafino, mesmo que o diâmetro da fibra em si seja pequeno. Meios de orientação de imagem, como feixes de fibras coerentes, são usados ​​para eliminar a necessidade de scanners distais, tornando assim a sonda do endoscópio mais fina e robusta. Núcleos de fibra individuais no feixe são usados ​​como pixels de imagem, anexando óptica de imagem à ponta do feixe de fibras ou fazendo contato direto da ponta da fibra com a superfície da amostra . Nessa configuração, a modalidade de imagem por fluorescência de campo amplo foi implementada para diagnóstico médico rápido19,20. E a imagem de fluorescência confocal foi realizada pela varredura em alta velocidade do foco no lado proximal da fibra fora do sujeito, com17,21 ou sem22 lente distal. Uma desvantagem crítica desta configuração é a sua incapacidade de adquirir imagens de refletância de tecidos biológicos sem rótulos. A forte reflexão traseira da iluminação que ocorre nos núcleos das fibras coincide exatamente com sinais de reflexão muito mais fracos dos tecidos biológicos. Esta é uma das principais razões pelas quais o modo de imagem de fluorescência é amplamente utilizado, no qual a emissão de fluorescência pode ser separada do ruído de retro-reflexão usando filtros coloridos. Como a maioria das imagens de fluorescência requer coloração, seu uso para diagnóstico clínico geral é limitado. Uma solução simples para imagens de refletância intrínseca é introduzir uma fibra separada para a iluminação. No entanto, isto só foi aplicável para imagens macroscópicas devido ao diâmetro aumentado da sonda e ao baixo poder de resolução espacial limitado pela distância da amostra de fibra necessária para a iluminação separada.