Nouvel endoscope sans lentille : Imagerie 3D de structures subcellulaires sans optique traditionnelle

La Société d'optique, Washington, DC

Des chercheurs ont développé un nouvel endoscope auto-calibrant qui produit des images 3D d'objets plus petits qu'une seule cellule sans lentille ni aucun composant optique, électrique ou mécanique. La pointe de l'endoscope ne mesure que 200 microns de large — environ la largeur de quelques cheveux humains torsadés ensemble. En tant qu'outil minimalement invasif pour l'imagerie de caractéristiques à l'intérieur de tissus vivants, l'endoscope extrêmement fin pourrait permettre une variété d'applications de recherche et médicales.

Des chercheurs ont développé un nouvel endoscope auto-calibrant qui produit des images 3D d'objets plus petits qu'une seule cellule. (Crédit : Czarske, TU Dresden, Allemagne)

Les endoscopes conventionnels utilisent des caméras et des lumières pour capturer des images à l'intérieur du corps. Ces dernières années, les chercheurs ont développé des moyens alternatifs de capturer des images à travers des fibres optiques, éliminant le besoin de caméras encombrantes et d'autres composants volumineux, permettant des endoscopes beaucoup plus minces. Malgré leur promesse, cependant, ces technologies souffrent de limitations telles qu'une incapacité à tolérer les fluctuations de température ou la flexion et la torsion de la fibre.

Un obstacle majeur pour rendre ces technologies pratiques est qu'elles nécessitent des processus de calibration compliqués — dans de nombreux cas pendant que la fibre collecte des images. Pour y remédier, les chercheurs ont ajouté une fine plaque de verre, d'à peine 150 microns d'épaisseur, à la pointe d'un faisceau de fibres cohérentes, un type de fibre optique couramment utilisé dans les applications d'endoscopie. Le faisceau de fibres cohérentes utilisé dans l'expérience mesurait environ 350 microns de large et comprenait 10 000 cœurs.

Lorsque le cœur de fibre central est illuminé, il émet un faisceau qui est réfléchi dans le faisceau de fibres et sert d'étoile guide virtuelle pour mesurer comment la lumière est transmise. C'est ce qu'on appelle la fonction de transfert optique, qui fournit des données cruciales que le système utilise pour s'auto-calibrer à la volée.

Un composant clé de la nouvelle configuration est un modulateur de lumière spatiale, qui est utilisé pour manipuler la direction de la lumière et permettre la mise au point à distance. Le modulateur de lumière spatiale compense la fonction de transfert optique et les images sur le faisceau de fibres. La lumière rétrodiffusée du faisceau de fibres est capturée sur la caméra et superposée à une onde de référence pour mesurer la phase de la lumière. La position de l'étoile guide virtuelle détermine la mise au point de l'instrument, avec un diamètre de mise au point minimal d'environ un micron. Les chercheurs ont utilisé une lentille adaptative et un miroir galvométrique 2D pour déplacer la mise au point et permettre la numérisation à différentes profondeurs.

L'équipe a testé leur dispositif en l'utilisant pour imager un spécimen 3D sous une lame de couverture de 140 microns d'épaisseur. En balayant le plan d'image en 13 étapes sur 400 microns à un taux d'image de 4 cycles par seconde, le dispositif a réussi à imager des particules au sommet et au bas du spécimen 3D. Cependant, sa mise au point s'est détériorée à mesure que l'angle du miroir galvométrique augmentait. Les chercheurs suggèrent que des travaux futurs pourraient résoudre cette limitation. De plus, l'utilisation d'un scanner galvométrique avec une fréquence d'images plus élevée pourrait permettre une acquisition d'image plus rapide.

Cette approche permet à la fois une calibration en temps réel et une imagerie avec une invasivité minimale, importante pour l'imagerie 3D in-situ, la manipulation mécanique de cellules basée sur laboratoire sur puce, l'optogénétique in vivo en tissu profond et les inspections techniques de trou de serrure.

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