- С помощью новоразработанного эндоскопа исследователям из IBS удалось наблюдать за легкими, капиллярами и нервной системой головного мозга
Фото эндоскопа конвенционального типа [123RF]
[HERALD BUSINESS = корреспондент Ку Бон Хёк] Южнокорейские ученые разработали сверхтонкий эндоскоп, который, будучи тоньше инъекционной иглы, позволяет наблюдать за капиллярами и нервной системой в 3D.
Исследователи из Института фундаментальных наук Южной Кореи (IBS) во главе с Чхве Вон Шиком (замруководитель исследовательской команды по молекулярной спектроскопии/динамики и профессор физики Университета Корё) разработали ультратонкую эндоскопическую технологию и сумели получить стереоскопическое изображение живой структуры меньшего размера, чем бактерии.
Эндоскопы — это оборудование для визуализации, предназначенное для получения изображений объектов или внутренних органов человека в узком пространстве.
Как правило, эндоскоп получает сигнал, вставляя тонкую видеоаппаратуру внутрь обследуемого объекта, и либо непосредственно наблюдает за ним, присоединяя к концу камеру (зонд), либо получает изображение с помощью оптического волокна, передающего информацию с помощью света. В случае использования сенсора камеры толщина зонда может увеличиться, и при его внедрении может потребоваться частичный разрез кожи. С другой стороны, эндоскопия с использованием пучка оптических волокон может быть изготовлена в более тонкой форме, сводя к минимуму разрез и дискомфорт пациента.
Однако в существующих оптоволоконных эндоскопах было трудно получить четкое изображение из-за пустого пространства, образующегося между сердцевинами отдельных оптических волокон (материалов, позволяющих свету проходить по оптическому волокну). Кроме того, самоотражение на конце оптоволоконного пучка мешало принимать полезный сигнал, что затрудняло наблюдение биологической структуры с низким коэффициентом отражения. Для наблюдения требовалось флуоресцентное окрашивание, но существуют ограничения при его применении к человеческому телу.
Принцип работы новоразработанного эндоскопа [Предоставлено IBS]
Исследователи преодолели ограничения существующих волоконно-оптических эндоскопов, разработав очень тонкие эндоскопы, которые позволяют наблюдать с высоким разрешением без прикрепления линз или какой-либо аппаратуры к концам волоконно-оптического пучка. Исследователи сфокусировали свет на одном из оптических волокон в пучке, чтобы осветить объекты, находящиеся на определенном расстоянии от оптического волокна. Этот свет, отразившись от объекта, передает информацию об объекте по другим оптическим волокнам. Отражательная голограмма, полученная таким образом, подвергается анализу, и искажения, генерируемые каждой сердцевиной, скорректируются для получения изображения с высоким разрешением.
Новоразработанный эндоскоп не нуждается в прикреплении какой-либо аппаратуры к концу оптического волокна, поэтому диаметр зонда эндоскопа очень тонкий и составляет 350 мкм (микрометр), что тоньше, чем инъекционная игла (около 500 мкм) для подкожной инъекции. Используя данную технологию, исследователи смогли получить изображение без флуоресцентного окрашивания даже в биологических образцах с очень низкой отражательной способностью, таких как кишечные ворсинки крыс (структуры в тонком кишечнике).
Причем новоразработанный эндоскоп позволяет получать изображения с высоким разрешением на уровне микроскопа, что было невозможно в существующих эндоскопах пучкового типа. Он способен различать два объекта, расположенные горизонтально/вертикально на расстоянии 850 нм (нанометров) друг от друга. Для справки, размер бактерий составляет около 1000 нм (1 мкм или 1 миллионная доля метра). Также полученная голограмма может быть скорректирована для восстановления трехмерных изображений со множественной глубиной – например, технология позволяет различать два объекта, которые расположены впереди/сзади на расстоянии 14 мкм друг от друга.
«Мы разработали удивительно тонкий эндоскоп с высоким разрешением», — сказал Чхве Вон Шик, глава исследовательской группы. «Мы открыли возможность ранней диагностики заболеваний с минимальным разрезом кожи, включая легкие, капилляры и даже нервную систему головного мозга, которые были труднодоступны для существующих эндоскопов».
Результаты исследования опубликованы 2 августа в интернет-издании международного академического журнала Nature Communications.
nbgkoo@heraldcorp.com