新型无透镜内窥镜无需传统光学器件即可实现亚细胞结构的 3D 成像
光学协会，华盛顿特区
研究人员开发了一种新型自校准内窥镜，无需镜头或任何光学、电气或机械组件，即可生成小于单个细胞的物体的 3D 图像。内窥镜尖端的直径仅为 200 微米，大约相当于几根捻在一起的人类头发的宽度。作为一种对活体组织内部特征进行成像的微创工具，极薄的内窥镜可以实现各种研究和医疗应用。
研究人员开发了一种新型自校准内窥镜，可以生成小于单个细胞的物体的 3D 图像。 （图片来源：Czarske，德国德累斯顿工业大学）传统的内窥镜使用摄像头和灯光来捕获体内的图像。近年来，研究人员开发了通过光纤捕获图像的替代方法，消除了对笨重相机和其他笨重组件的需求，从而使内窥镜变得更薄。尽管前景广阔，但这些技术仍存在局限性，例如无法承受温度波动或光纤的弯曲和扭曲。
使这些技术实用化的一个主要障碍是它们需要复杂的校准过程——在许多情况下，同时光纤正在收集图像。为了解决这个问题，研究人员在相干光纤束的尖端添加了一块厚度仅为 150 微米的薄玻璃板，相干光纤束是一种常用于内窥镜检查应用的光纤。实验中使用的相干光纤束宽约350微米，由10000个纤芯组成。
当中央纤芯被照亮时，它会发出光束，该光束被反射回光纤束中，并充当虚拟导星，用于测量光的传输方式。这被称为光学传递函数，它提供系统用于动态自我校准的关键数据。
新装置的一个关键组件是空间光调制器，它用于操纵光的方向并实现远程聚焦。空间光调制器补偿光纤束上的光学传递函数和图像。相机捕获来自光纤束的背反射光，并与参考波叠加以测量光的相位。虚拟导星的位置决定了仪器的焦点，最小焦点直径约为一微米。研究人员使用自适应镜头和二维振镜来移动焦点并实现不同深度的扫描。
该团队测试了他们的设备，使用它在 140 微米厚的盖玻片下对 3D 样本进行成像。该设备以每秒 4 个周期的图像速率在 400 微米范围内分 13 个步骤扫描图像平面，成功对 3D 样本顶部和底部的颗粒进行成像。然而，随着检流计镜角度的增加，其焦点会变差。研究人员建议未来的工作可以解决这一限制。此外，使用具有更高帧速率的振镜扫描仪可以实现更快的图像采集。
这种方法能够以最小的侵入性实现实时校准和成像，这对于原位 3D 成像、基于芯片实验室的机械细胞操作、体内深层组织光遗传学和锁孔技术检查非常重要。
如需了解更多信息，请联系 此电子邮件地址已受到垃圾邮件机器人保护。您需要启用 JavaScript 才能查看它..
传感器