Миниатюрный оптический зонд сможет сканировать тело через сосуды

Сердечно-сосудистые заболевания являются самой распространенной причиной смерти в мире. 3D-печать продолжает оставаться очень полезным инструментом в борьбе с ними, и новое исследование группы ученых из Германии и Австралии не является исключением.

Крошечное устройство визуализации, похожее на камеру, оснащено линзой, напечатанной на 3D-принтере. Оно крепится на конце оптического волокна толщиной с человеческий волос. Но несмотря на свои размеры, устройство способно снимать высококачественные 3D-изображения с микроскопическим разрешением. Это дает ученым гораздо лучшее понимание того, что вызывает прогрессирование сердечных заболеваний, а также как их успешно предотвращать и лечить.

Для изготовления миниатюрного эндоскопа исследователи использовали тонкое оптическое волокно диаметром менее 0,5 мм, на который прикрепили линзу диаметром менее 0,13 мм. До сих пор ученые не могли создавать высококачественные зонды такого размера. Однако, используя трехмерную микропечать, они получили возможность изготавливать сложные линзы, которые слишком малы, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом. К примеру, весь эндоскоп в защитном пластиковом корпусе имеет диаметр менее 0,5 мм. 

Оптический зонд толщиной с человеческий волос имеет на конце крошечную линзу и сканирует организм через кровеносные сосуды. Изображение: University of Adelaide

Чтобы создать гибкий зонд, исследователи подключили оптическое волокно к сканеру оптической когерентной томографии (ОКТ), который часто используется офтальмологами для исследования сетчатки. ОКТ — это, по сути, сканер и микроскоп одновременно. Измерения используются для создания живых 3D-изображений, позволяющих смотреть сквозь поверхность тела с микроскопическим разрешением в нижележащие структуры, чтобы получить более четкое представление о том, что происходит внутри.

«Основной причиной сердечных заболеваний являются бляшки, состоящие из жиров, холестерина и других веществ, которые накапливаются на стенках сосудов. Доклиническая и клиническая диагностика все больше полагается на визуализацию структуры кровеносных сосудов, чтобы лучше понять болезни. Миниатюрные эндоскопы, которые действуют как крошечные камеры, позволяют врачам видеть, как образуются эти бляшки, и исследовать новые способы их лечения», — пояснила соавтор исследования доктор Джавен Ли (Jiawen Li).

Ультратонкий зонд на сканирующем OКТ можно вращать, проталкивать вперед и тянуть назад через кровеносные сосуды, чтобы построить подробную трехмерную карту сосудистой системы и посмотреть, сколько бляшек скопилось на стенках кровеносных сосудов.

«Теперь с помощью таких небольших датчиков изображения мы можем выявить детали микроархитектуры тканей на глубинах, которые ранее не были доступны», — заявляют исследователи в статье, опубликованной в журнале Light: Science & Applications.

Новое устройство успешно протестировали на кровеносных сосудах мышей и людей. Было доказано, что оно достаточно гибкое, чтобы обеспечивать высококачественные изображения ОКТ. Фактически, линза, напечатанная на 3D-принтере, позволяет сканеру захватывать изображения на глубине в пять раз большей, чем у ранее используемых устройств. Ученые считают, что их зонд можно использовать для еще более мелких медицинских сканирований, например, нервной системы или ушной улитки.