Если вы когда-нибудь проходили обычный осмотр глаз у оптометриста, то, скорее всего, вам приходилось прижимать подбородок и лоб к устройству для биовизуализации. Оно известно как оптическая когерентная томография (ОКТ) и широко используется в глазных клиниках по всему миру.
ОКТ использует световые волны для получения высококачественных изображений сетчатки в высоком разрешении бесконтактным способом. Эти изображения могут иметь решающее значение для диагностики и мониторинга заболеваний глаз.
При любой биовизуализации — будь то визуализация сетчатки или визуализация внутри живого организма — устройства должны быть достаточно маленькими и компактными, чтобы получать изображения высокого качества. Однако механические аспекты устройств ОКТ, такие как вращающиеся зеркала, могут повышать вероятность сбоя устройства.
Новое устройство для биовизуализации
Исследователи из Университета Колорадо в Боулдере разработали новое устройство для биовизуализации, которое может работать со значительно более низкой мощностью и полностью немеханическим способом. Оно может однажды улучшить диагностику заболеваний глаз и даже сердца.
В недавнем исследовании, опубликованном в Optics Express, команда инженеров создала устройство, использующее процесс, называемый электрокапиллярным эффектом, для изменения формы поверхности жидкости для выполнения оптических функций.
«Мы очень рады использовать одно из наших устройств, особенно для визуализации сетчатки», — сказал ведущий автор Сэмюэль Гилинский, недавний кандидат наук в области электротехники. «Это может стать критически важным методом визуализации внутри живых организмов».
Создав устройство, в котором не используются сканирующие зеркала, метод требует меньше электроэнергии, чем другие устройства, используемые для ОКТ и биовизуализации.
«Преимущества немеханического сканирования заключаются в том, что вы устраняете необходимость физического перемещения объектов в вашем устройстве, что снижает любые источники механических неисправностей и увеличивает общий срок службы самого устройства», — сказал Гилинский.
Гилинский отметил необходимость того, чтобы эти системы ОКТ были компактными, лёгкими и, что наиболее важно, безопасными для использования в организме человека.
Команда исследователей
В состав исследовательской группы входили Джульет Гопинат, профессор электротехники; Шу-Вей Хуан, доцент кафедры электротехники; Виктор Брайт, профессор машиностроения; аспиранты Ян Бартос и Эдуардо Мисклес; и докторант Джонатан Масгрейв.
«Наша работа даёт возможность, благодаря которой мы, надеюсь, сможем выявлять заболевания на более ранних стадиях и улучшать жизнь людей», — сказала Гопинат.
Для проверки способности устройства выполнять биомедицинскую визуализацию исследователи обратились к удивительному водному животному — рыбе данио-рерио.
Рыбы данио-рерио использовались в исследованиях ОКТ, поскольку структура их глаз довольно похожа на структуру человеческого глаза. В ходе исследования учёные сосредоточились на определении местоположения роговицы, радужки и сетчатки у данио-рерио.
Чтобы провести визуализацию внутри живого организма или другую биовизуализацию, учёным необходимо определить структуру образцов, представляющих интерес, таких как глаз или органы внутри тела. Двумя контрольными показателями, которых группа надеялась достичь, были 10 микрон в осевом разрешении и около 5 микрон в поперечном разрешении, что меньше ширины человеческого волоса.
«Интересным результатом было то, что мы смогли фактически разграничить роговицу и радужку на наших изображениях», — сказал Гилинский. «Мы смогли достичь целей по разрешению, которые мы ставили перед собой, что было захватывающе».
Возможность протестировать это устройство для биовизуализации может открыть новые возможности для картирования аспектов сетчатки, которые могут иметь важное значение для диагностики потенциальных заболеваний глаз, таких как возрастная макулярная дегенерация и глаукома.
Кроме того, по словам Гилинского, новая методика биовизуализации может помочь в определении реальных коронарных особенностей человека, что будет важно для диагностики сердечных заболеваний — основной причины смерти в Соединённых Штатах.
Благодаря опыту исследовательской группы в области микроскопических систем, они надеются создать эндоскопы, которые могут произвести революцию в технологии биовизуализации.
«Растёт стремление сделать эндоскопы как можно меньше в диаметре и гибкими, чтобы вызывать как можно меньше дискомфорта», — сказал он. «Используя наши компоненты, мы можем поддерживать оптическую систему очень маленького размера по сравнению с механическим сканером, который может помочь технологиям ОКТ».
Предоставлено Университетом Колорадо в Боулдере.
optical coherence tomography (OCT), and it’s widely used in eye clinics around the world. OCT uses light waves to take high-resolution, cross-sectional images of the retina in a noninvasive manner. These images can be essential for diagnosing and monitoring eye conditions.”,”In any bioimaging—either retinal or in-vivo imaging that takes place inside the human body—devices must be quite small and compact to produce high-quality images. However, mechanical aspects of OCT devices, like spinning mirrors, can increase the chance of device failure.”,”Researchers at the University of Colorado Boulder have developed a new bioimaging device that can operate with significantly lower power and in an entirely nonmechanical way. It could one day improve detecting eye and even heart conditions.”,”In a recent study published in Optics Express, the team of engineers created a device that uses a process called electrowetting to change the surface shape of a liquid to perform optical functions.”,”\”We are really excited about using one of our devices, in particular for retinal imaging,\” said lead author Samuel Gilinsky, a recent Ph.D. graduate in electrical engineering. \”This could be a critical technique for in-vivo imaging for inside our bodies.\””,”By creating a device that doesn’t use scanning mirrors, the technique requires less electrical power than other devices used for OCT and bioimaging.”,”\”The benefits of nonmechanical scanning is that you eliminate the need to physically move objects in your device, which reduces any sources of mechanical failure and increases the overall longevity of the device itself,\” Gilinsky said.”,”Gilinsky noted the need for these OCT systems to be compact, lightweight, and most importantly, safe for use for the human body.”,”Other members of the research team included Juliet Gopinath, professor of electrical engineering; Shu-Wei Huang, associate professor of electrical engineering; Victor Bright, professor of mechanical engineering; Ph.D. graduates Jan Bartos and Eduardo Miscles; and Ph.D. student Jonathan Musgrave.”,”\”Our work presents an opportunity where we can hopefully detect health conditions earlier and improve the lives of people,\” said Gopinath.”,”To test the device’s ability to perform biomedical imaging, the researchers turned to a surprising aquatic animal: zebrafish.”,”Zebrafish have been used in OCT research because the structure of their eyes is fairly similar to the structure of the human eye. For the study, the researchers focused on identifying where the cornea, iris and retina was from the zebrafish.”,”To conduct in-vivo or other bioimaging, scientists need to be able to identify the structure of the samples of interest, such as the eye or organs inside the body. The two benchmarks that the group hoped to achieve were 10 micron in axial resolution and then around 5 microns in lateral resolution, all smaller than the width of a human hair.”,”\”The interesting result was that we were able to actually delineate the cornea and iris in our images,\” said Gilinsky. \”We were able to meet the resolution targets we aimed for, which was exciting.\””,”Being able to test this bioimaging device can open new doors for mapping aspects of the retina that can be essential for diagnosing potential eye conditions like age-related macular degeneration and glaucoma.”,”Additionally, Gilinsky said, the new bioimaging technique could help in delineating actual human coronary features that would be important in diagnosing heart disease—the leading cause of death in the United States.”,”With the research team’s expertise in microscopy systems, they are hopeful to create endoscopes that could revolutionize bioimaging technology.”,”\”There is a growing push to make endoscopes as small in diameter and flexible as possible to cause as little discomfort as possible,\” he said. \”By using our components, we can maintain a very small-scale optical system compared to a mechanical scanner that can help OCT technologies.\””,”\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tProvided by\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tUniversity of Colorado at Boulder\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t”,”\n\t\t\t\t\t\t\tMore from Optics\n\t\t\t\t\t\t “]’>Источник