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Feb 28, 2024

Flexible

Nature Communications volume 13, Numéro d'article : 4469 (2022) Citer cet article 5548 Accès 5 Citations 58 Détails d'Altmetric Metrics Les endoscopes à fibre ultrafins sans lentille offrent des performances mini-invasives.

Nature Communications volume 13, Numéro d'article : 4469 (2022) Citer cet article

5548 Accès

5 citations

58 Altmétrique

Détails des métriques

Les endoscopes à fibre ultrafins sans lentille offrent une investigation peu invasive, mais ils fonctionnent principalement comme un type rigide en raison de la nécessité d'un étalonnage préalable d'une sonde à fibre. De plus, la plupart des implémentations fonctionnent en mode fluorescence plutôt qu’en mode d’imagerie sans étiquette, ce qui les rend impropres au diagnostic médical général. Nous rapportons ici un endoscope à fibre ultra-mince entièrement flexible prenant des images holographiques 3D de tissus non colorés avec une résolution spatiale de 0,85 μm. En utilisant un faisceau de fibres nues d'une épaisseur pouvant atteindre 200 μm de diamètre, nous concevons une configuration d'imagerie holographique de Fourier sans lentille pour détecter sélectivement les faibles réflexions des tissus biologiques, une étape critique pour l'imagerie par réflectance endoscopique sans étiquette. Un algorithme unique est développé pour la reconstruction d’images holographiques sans calibrage, nous permettant d’imager à travers un passage étroit et incurvé quelle que soit la courbure des fibres. Nous démontrons l’imagerie par réflectance endoscopique de tissus intestinaux de rat non colorés, complètement invisibles pour les endoscopes conventionnels. L'endoscope proposé accélérera un diagnostic plus précis et plus précoce qu'auparavant avec un minimum de complications.

La microscopie optique est un outil essentiel pour comprendre la physiologie des tissus vivants en raison de sa haute résolution spatiale, de sa spécificité moléculaire et de son caractère peu invasif1. Cependant, ces avantages sont hors de portée lorsque les objets cibles sont situés soit à l’intérieur de passages courbes, soit sous des tissus diffusant la lumière. En visualisant ces zones difficiles d'accès, les endoscopes ont révolutionné la pratique médicale pour le diagnostic précoce des maladies. Au cours de la dernière décennie, des endoscopes à résolution microscopique ont été développés pour un diagnostic plus précis et plus précoce2,3. De plus, la demande d'endoscopes ultrafins (avec un diamètre de sonde bien inférieur à 1 mm) n'a cessé de croître afin de minimiser l'inconfort et les complications liés à l'insertion de la sonde de l'endoscope3,4,5,6,7.

La microscopie endoscopique utilise généralement diverses fibres optiques comme canaux de guidage de la lumière minces et flexibles. Par exemple, une seule fibre optique a été utilisée en fixant divers types de dispositifs de balayage et d'éléments optiques sur le côté distal de la fibre faisant face à l'échantillon4,8,9,10. L'imagerie multiphotonique 4,9,11,12,13 et la tomographie optique cohérente (OCT) 14,15,16 ont été mises en œuvre dans cette configuration. Cependant, le scanner fixé à la fibre est souvent trop volumineux pour être ultra fin, même si le diamètre de la fibre elle-même est petit. Des supports de guidage d'image tels que des faisceaux de fibres cohérents sont utilisés pour éliminer le besoin de scanners distaux, rendant ainsi la sonde de l'endoscope plus fine et plus robuste. Les noyaux de fibres individuels du faisceau sont utilisés comme pixels d'image en attachant des optiques d'imagerie à la pointe du faisceau de fibres ou en établissant un contact direct de la pointe de la fibre avec la surface de l'échantillon 17,18. Dans cette configuration, une modalité d’imagerie par fluorescence à grand champ a été mise en œuvre pour un diagnostic médical rapide19,20. Et l'imagerie confocale de fluorescence a été réalisée par le balayage à grande vitesse du foyer du côté proximal de la fibre à l'extérieur du sujet, soit avec17,21, soit sans22 lentille distale. Un inconvénient majeur de cette configuration est son incapacité à acquérir des images de réflectance de tissus biologiques sans étiquette. Une forte rétro-réflexion de l’éclairage se produisant au niveau des cœurs des fibres coïncide exactement avec des signaux de réflexion beaucoup plus faibles provenant des tissus biologiques. C’est l’une des principales raisons pour lesquelles le mode d’imagerie par fluorescence est largement utilisé, dans lequel l’émission de fluorescence peut être séparée du bruit de rétro-réflexion à l’aide de filtres colorés. Étant donné que la plupart des images de fluorescence nécessitent une coloration, leur utilisation pour le diagnostic clinique général est limitée. Une solution simple pour l’imagerie par réflectance intrinsèque consiste à introduire une fibre distincte pour l’éclairage. Cependant, cela n'est applicable qu'à l'imagerie macroscopique en raison du diamètre élargi de la sonde et du faible pouvoir de résolution spatiale limité par la distance fibre-échantillon requise pour l'éclairage séparé.