Медичний мікроскоп, який може бачити крізь кістки черепа

Ряд процесів, що відбуваються всередині об'єктів живої природи, включаючи тканини людини і тварин, рослин, в галузі мікробіології, неможливо вивчити без допомоги медичних лабораторних мікроскопів.

Щоб підготувати зразок, для розгляду за допомогою потужного оптичного збільшувального обладнання, необхідно здійснити ряд маніпуляцій, пов'язаних з розрізанням, розсіченням, розмелюванням, залежно від умов завдання в умовах лабораторії за допомогою скальпеля та інших ріжучих інструментів.

Лазерний промінь як медичний мікроскоп

Але якщо, наприклад, зерно можна розділити на кілька частин, щоб виявити збудників хвороби, наприклад для визначення спорів сажки під збільшенням монокулярного або бінокулярного мікроскопа, то відокремити шкіру, кістки і плоть, щоб знайти аномалії в роботі мозку, не завжди можливо. Доводилося робити отвори в черепній коробці, що є втручанням із непрогнозованими наслідками для здоров'я.
Проблема в тому, що товсті кісткові біологічні структури розсіюють світло.

1. Проникнути всередину променів майже не реально.
2. Знижується контрастність, із глибиною погіршується різкість.

Група вчених з Корейського університету (центр молекулярної спектроскопії та динаміки Інституту фундаментальних наук) знайшла спосіб формувати чітке зображення за даними розсіяного світла, яке випромінює інфрачервоний лазер. Чому б цей метод не використовувати для просвічування кісток ?

Розроблений мікроскоп призначений для медичних цілей: дослідження тонких тканин, таких як кора головного мезгу, нейронні структури глибоко всередині, куди іншими засобами, без пошкоджень, дістатися неможливо.

Суть полягає у використанні:

• довших хвиль;
• потужної обчислювальної техніки для корекції аберацій.

Ідея, як це буває все частіше з іншої галузі знань, а саме астрономи, де боротьба з оптичними спотвореннями, здогад світло йде від віддалених космічних об'єктів мільярди років, це завдання номер 1. У XXI столітті багато відкриття робляться на стику міждисциплінарних знань.
Вдалося отримати ясне зображення, з високою роздільною здатністю і мінімальним рівнем шумів того, що відбувається під черепом лабораторної миші за допомогою лазерно-скануючого мікроскопа з відбивною матрицею (LS-RMM), який виявляє не тільки розсіювання світла на видимій глибині, але також аналізує реакцію входу-виходу променів на межі середовищ “повітря-кісткова тканина”.
Коли лазерне випромінювання проникає через непрозорий об'єкт, частина фотонів проходять, інші відхиляються. І чим більша глибина, з кожним міліметром, дедалі більше квантів світла розсіюється.
При стандартній методиці аналіз передбачає дослідження тільки прямих світлових хвиль, а в LS-RMM використовує спеціальну матрицю, щоб по максимуму враховувати і аберантні (промені, що відхиляються).

Після запису матриці відображення команда входить у справу програмне забезпечення адаптивної оптики, щоб розрахувати, яку інформацію несуть світлові частки. Поряд із просторовим модулятором світла, що допомагає виправити інші фізичні аберації, що виникають при таких малих масштабах зображення, вдалося створити зображення головного мозку піддослідних мишей.

Це перспективний прорив у галузі візуалізації глибоких тканин.