針よりも細い柔軟な極細内視鏡の発明(The invention of a flexible ultra-thin endoscope thinner than a needle)

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内視鏡技術の新たな向上により、最小限の合併症で組織の微細なイメージングが可能になった New improvements in endoscopy technology allow for microscopic imaging of tissues with minimal complications

2022-09-05 大韓民国・基礎科学研究院(IBS)

基礎科学研究所(IBS)内の分子分光学・ダイナミクス研究センター(CMSD)のCHOI Wonshik副センター長らの研究チームは、高解像度のホログラフィック内視鏡システムを開発した。光ファイバー内視鏡のこれまでの限界を克服し、光ファイバー束の遠位端にレンズやいかなる機器も取り付けることなく、高解像度の画像を再構成することに成功した。
研究チームはまず、光ファイバー束の1本の芯に集光して物体を照らし、光ファイバーから一定距離離れたところで物体から反射されたホログラフィ画像を測定した。このホログラフィック画像を解析する過程で、ファイバーコアごとに生じる位相遅れを補正することで、物体画像をミクロの分解能で再構成することに成功した。
開発した内視鏡は、光ファイバーの先端に機器を取り付けないため、内視鏡プローブの直径は350μmと、皮下注射の針よりも細い。この方法により、光ファイバー束のコアサイズよりもはるかに小さい850nmの空間分解能で高解像度画像を得ることができた。
さらに、このフーリエホログラフィック内視鏡システムを用いて、マウスの絨毛の構造を撮影する実験を行った結果、ラットの絨毛のような反射率の低い生体試料でも、プローブの逆反射ノイズを効果的に除去し、高いコントラストで画像を取得することができた。また、測定したホログラム情報を後処理することで、1つのデータから14μmの深さ分解能で多深度3次元画像を再構成することが可能となった。

<関連情報>

非染色生体組織の顕微鏡観察用フレキシブル型超薄型ホログラフィック内視鏡 Flexible-type ultrathin holographic endoscope for microscopic imaging of unstained biological tissues

Wonjun Choi,Munkyu Kang,Jin Hee Hong,Ori Katz,Byunghak Lee,Guang Hoon Kim,Youngwoon Choi & Wonshik Choi
Nature Communications  Published:02 August 2022
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-022-32114-5

Abstract

Ultrathin lensless fibre endoscopes offer minimally invasive investigation, but they mostly operate as a rigid type due to the need for prior calibration of a fibre probe. Furthermore, most implementations work in fluorescence mode rather than label-free imaging mode, making them unsuitable for general medical diagnosis. Herein, we report a fully flexible ultrathin fibre endoscope taking 3D holographic images of unstained tissues with 0.85-μm spatial resolution. Using a bare fibre bundle as thin as 200-μm diameter, we design a lensless Fourier holographic imaging configuration to selectively detect weak reflections from biological tissues, a critical step for label-free endoscopic reflectance imaging. A unique algorithm is developed for calibration-free holographic image reconstruction, allowing us to image through a narrow and curved passage regardless of fibre bending. We demonstrate endoscopic reflectance imaging of unstained rat intestine tissues that are completely invisible to conventional endoscopes. The proposed endoscope will expedite a more accurate and earlier diagnosis than before with minimal complications.

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