通过微型无透镜内窥镜捕捉小于细胞的物体的三维图像

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作为对活体组织内部特征进行成像的微创工具，极薄内窥镜可以实现各种研究和医疗应用。这项研究将于9月15日至19日在美国华盛顿举行的光学激光科学前沿会议上发表。

本文主要作者德累斯顿工业大学主任、德国C4教授Juergen W. Czarske认为：“无透镜光纤内窥镜的尺寸与针的尺寸相似，因此可以进行微创进入和高对比度成像。以及刺激光纤弯曲或扭曲的强校准。”内窥镜可能特别适合利用光刺激细胞活性的光遗传学研究方法。它还可以用于在医疗程序和技术检查期间监控细胞和组织。

自校准系统

传统的内窥镜使用照相机和灯来捕捉身体内部的图像。近年来，研究人员开发了一种通过光纤捕获图像的替代方法，而不使用笨重的相机和其他笨重的组件，从而可以实现更薄的内窥镜。然而，尽管这些技术很有前途，但它们受到无法忍受的温度波动或光纤弯曲和扭曲等因素的限制。

这些技术可行性的主要障碍之一是它们需要复杂的校准过程，并且在许多情况下，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增加了一个厚度只有150微米的薄玻璃板，这是内窥镜应用中常用的一种光纤。实验中使用的相干光纤束约350微米宽，由10，000个纤芯组成。

当中心光纤芯被照射时，其发出的光束被反射回光纤束，作为测量光传输模式的虚拟导星，称为光传递函数。光学传递函数为系统在运行中自我校准提供了关键数据。

保持视图焦点

新安装的关键部件是空间光调制器，用于控制光的方向，实现远程聚焦。空间光调制器补偿光学传递函数和到光纤束的图像。来自光纤束的后向反射光被摄像机捕获，并与参考波叠加，以测量光的相位。

仪器的焦点由虚拟引导星的位置决定，最小焦距直径约为1微米。研究人员使用自适应透镜和二维电子镜来移动焦点并在不同深度扫描。

显示三维成像

该团队用它在140微米厚的盖玻片下对三维样本进行成像测试。该设备在400微米范围内以13步扫描图像平面，成像速率为每秒4个周期。该设备成功地在三维样品的顶部和底部成像粒子。然而，随着检流计反射镜角度的增加，其焦点会恶化。研究人员建议未来的工作可以解决这个限制。此外，帧频更高的振镜扫描仪可以更快地获取图像。

“这种新方法能够以最小的侵入性实现实时校准和成像。它对于原位3D成像、基于芯片实验室的机械细胞操作、深部组织的体内光遗传学和关键孔技术非常重要，”Czarske说。

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