Медицинский микроскоп, который может видеть сквозь кости черепа

Posted by   oratorslova Гончаров Сергей
07/12/2020

Ряд процессов, происходящих внутри объектов живой природы, включая ткани человека и животных, растений, в области микробиологии, не возможно изучить без помощи медицинских лабораторных микроскопов.

Чтобы подготовить образец, для рассматривания при помощи мощного оптического увеличительного оборудования, необходимо осуществить ряд манипуляций, связанных с разрезанием, рассечением, размолом, в зависимости от условий задачи в условиях лаборатории при помощи скальпеля, и других режущих инструментов.

Но если например, зерно можно разделить на несколько частей, чтобы обнаружить возбудителей болезни, например для определения спор головни под увеличением монокулярного или бинокулярного микроскопа, то отделить кожу, кости и плоть, чтобы найти аномалии в работе мозга, не всегда возможно. Приходилось делать отверстия в черепной коробке, что является вмешательством с непрогнозируемыми последствиями для здоровья
Проблема в том, что толстые костные биологические структуры рассеивают свет, и проникнуть внутрь лучам почти не реально. Снижается контрастность, с глубиной ухудшается резкость.
Группа ученых из Корейского университета (центр молекулярной спектроскопии и динамики Института фундаментальных наук) нашла способ формировать четкое изображение по данным рассеянного света, который испускает инфракрасный лазер. Аналогию можно привести из основного прибора для экспресс анализа зерна и продуктов переработки – ИК-анализатора, а именно тех разновидностей, которые работают в режиме просвета образцов, монохроматор которых строго выделяет заданные участки спектра, чтобы проанализировать содержание компонентов зерновой культуры, таких как влажность, белок, клейковину и другие показатели качества. Если зерно пропускает инфракрасное излучение, почему бы этот метод не использовать для просвечивания костей ?

Разработанный микроскоп предназначен для исследования тонких тканей, таких как кора головного мезга, нейронные структуры глубоко внутри, куда другими средствами, без повреждений, добраться не возможно.

изображение вновь разработанного микроскопа - структура мозга лабораторных мышей

Новый метод называется трехфотонная микроскопия.

Суть состоит в использовании:

  • более длинных волн;
  • мощной вычислительной техники для коррекции аббераций.

Идея, как это бывает все чаще из другой отрасли знаний, а именно астрономи, где борьба с оптическими искажениями, догад свет идет от удалонных космических объектов миллиарды лет, это задача номер 1. В XXI веке многие открытия делаются на стыке междисциплинарных знаний.
Удалось получить ясное изображение, с высоким разрешением и минимальным уровнем шумов того, что происходит под черепом лабораторной мыши при помощи лазерно-сканирующего микроскопа с отражающей матрицей (LS-RMM), который обнаруживает не только рассеивание света на видимой глубине, но также анализирует реакцию входа-выхода лучей на границе сред “воздух-костная ткань”.
Когда лазерное излучение проникает через непрозрачный объект, часть фотонов проходят, а другие отклоняются. И чем больше глубина, с каждым миллиметром, все больше квантов света рассеивается.
При стандартной методике, анализ подразумевает исследование только прямых световых волн, а в LS-RMM использует специальную матрицу, чтобы по максимуму учитывать и аберрантные (отклоняющиеся) лучи.

После записи матрицы отражения команда вступает в дело программное обеспечение адаптивной оптики, чтобы рассчитать, какую информацию несут световые частицы. Наряду с пространственным модулятором света, помогающим исправить прочие физические аберрации, возникающие при столь малых масштабах изображения, удалось создать изображение головного мозга подопытных мышей.

Это многообещающий прорыв в области визуализации глубоких тканей.

АНАЛИЗАТОР GRAINSENSE

Недавнее