Технологии визуализации играют ключевую роль в современной медицине и диагностике на ранней стадии, потенциально улучшая результаты лечения пациентов. Микроскопическая визуализация позволяет исследователям и специалистам заглянуть непосредственно в клетки, позволяя визуализировать структуры и процессы, которые когда-то были невидимы. Однако, важным ограничением современной технологии является то, что микроскопическое изображение с высоким разрешением ограничено двумерными (2D) изображениями, полученными на предметных стеклах микроскопа, в то время как структуры тканей являются трехмерными (3D). На протяжении десятилетий ученые искали способ решить эту проблему и получить микроскопические 3D-изображения.
В статье, опубликованной в журнале Nature Photonics в соавторстве с Маджидом Пахлевани (специалист по электротехнике и вычислительной технике) и сотрудниками Гарвардского университета, описывается новая техника, которая может улучшить современные микроскопы, позволяя увеличить разрешение изображения , а также создавать трехмерные изображения. возможно микроскопическое изображение.
Одной из основных проблем визуализации в микроскопическом масштабе является борьба с дифракцией — быстрым распространением четко сфокусированного света — поскольку это явление затрудняет получение изображений с высоким разрешением . В своем исследовании исследователи показывают, что определенное расположение света и путь, созданный ультратонким оптическим компонентом, состоящим из массива наноколонн на поверхности стекла (см. рисунки A и B), могут преодолеть ограничения, налагаемые дифракцией. тем самым решая проблему. Оптическая линза с такой компоновкой может быть встроена в микроскопические устройства формирования изображений следующего поколения.
«Этот метод, называемый биективной визуализацией коллекции освещения (BICI), может расширить диапазон изображений с высоким разрешением более чем в 12 раз по сравнению с современными методами визуализации», — говорит Пахлевани, эксперт в области энергетики и энергетики . Электроника и ее применение в здравоохранении. Он является членом Королевского центра исследований в области энергетики и силовой электроники (ePOWER). «В отличие от обычных методов визуализации, в BICI свет, который освещает цель, и свет, собранный с цели, распределяются по глубине с помощью наноструктур, что позволяет сохранять изображения с высоким разрешением на большой глубине в ткани».
Трехмерное микроскопическое изображение обеспечивает множество биологических и клинических применений, таких как понимание межклеточных механизмов, обнаружение раковых клеток и диагностика in vivo (в организме) в режиме реального времени.
Еще одним ключевым преимуществом нового метода является скорость обработки. «Методы с интенсивными вычислениями приводят к медленной визуализации, что не подходит для визуализации in vivo», — объясняет доктор Пахлевани. «Органы у живых пациентов не являются стационарными и движутся, что приводит к артефактам при визуализации. Поэтому визуализация in vivo требует быстрых методов». Поскольку новый предложенный метод представляет собой оптическое решение для увеличения разрешения микроскопических изображений , он не требует дополнительных вычислительных мощностей.
В документе Nature Photonics диагностика рака подчеркивается как одно из основных применений нового метода: «Патологические изменения на ранних стадиях таких заболеваний, как рак, часто очень незаметны и могут быть легко упущены из виду. Изображения высокого разрешения in vivo сохраняются на большой глубине. диапазон может обеспечить раннее и точное обнаружение и диагностику». Доктор Пахлевани уверен, что BICI можно применять к нескольким существующим методам визуализации.
