斯坦福大学的工程师们展示了一种高分辨率内窥镜，它只有人的头发那么细，分辨率比以前类似设计的设备高出四倍。所谓的微内窥镜是高分辨率、微创生物成像的重要一步，在研究和临床实践中具有潜在的应用价值。显微内窥镜可以在从大脑研究到早期癌症检测等不同领域提供新的方法。
新内窥镜由团队在方向上开发Joseph Kahn.他是斯坦福大学工程学院(Stanford School of engineering)电气工程教授。结果是最近在期刊上发表光学表达和在美国光学学会展出聚光灯在光学上．
他们的原型可以分辨2.5微米大小的物体，0.3微米的分辨率很容易达到。一微米是一毫米的千分之一。相比之下，如今的高分辨率内窥镜只能分辨大约10微米的物体。肉眼可以看到125微米以下的物体。
光路径
卡恩最著名的作品是他在光纤通信中的工作- 对互联网和大型数据中心至关重要的超快速数据管。他对内窥镜检查的工作开始于两年前，当时他和一个斯坦福电气工程师，康Solgaard他们讨论的是生物光子学——一种用于研究生物系统的基于光的技术领域。
“奥拉夫想知道是否可以通过单个发薄的光纤发送光，形成身体内的亮点，并扫描它以记录活组织的图像，”Kahn说。
机会和挑战，Kahn和Solgaard知道，休息在多模纤维中，其中光通过许多不同的路径行进，在光学中以模式为单位而闻名;因此，多模光纤。光非常擅长通过这种纤维传达复杂信息 - 无论是计算机数据还是图像 - 但它沿着方式扰乱才能扰乱。
Kahn设计了一种方法，通过使用称为空间光调制器的微型液晶显示器来撤消信息的争抢。为了使这一点成为可能，Kahn和他的研究生Reza Nasiri Mahalati开发了一种自适应算法 - 一种专业计算机程序 - 空间光调制器学会了如何解读光。几年前，Kahn使用类似的技巧为通过多模光纤传输的解读计算机数据设置了世界纪录。
当Nasiri Mahalati提到在磁共振成像（MRI）中的明亮工作时，微内窥镜的研究意外和幸运的转弯约翰·安利是另一个斯坦福电气工程师。Pauly使用随机采样在MRIS中大大加速图像录制。
“Nasiri Mahalati说，'为什么不使用随机的光图案来通过多模光纤加速成像？'那就是它。我们正在路上，“回忆起Kahn。“记录设置微内窥镜出生。”
面对物理定律
在KAHN的微内窥镜中，空间光调制器通过纤维将随机光图案突出到身体中以在观察中照亮物体。反射物体的光通过光纤返回到计算机。反过来，电脑又测量光线的反射力量，并使用由Nasiri Mahalati和Growsuber Ruo Yu的研究生ruo ugs开发的算法重建了图像。
卡恩和他的学生惊讶地发现，他们的内窥镜可以分辨纤维中模式数量的四倍的图像特征。
“以前的单纤维内窥镜的分辨率仅限于纤维中的模式数量，”卡恩说，“所以这是一个四倍的改进。”
然而，这一结果给该团队带来了一个科学难题。
“这意味着，不知何故，我们捕获了比物理规律更多的信息告诉我们可以通过光纤，”Kahn说。“这似乎是不可能的。”
球队在他们想出了解释之前几个星期摔跤了几个星期。随机强度图案混合可以通过光纤传播的模式，增加了四倍的模式数，并在图像中产生四倍。
“以前的研究忽略了混合。我们用于图像重建的非常规算法是揭示隐藏图像细节的关键，“Kahn说。
最终的内窥镜
Kahn和他的团队创造了一个工作原型。在这一点上主要的限制因素是纤维必须保持刚性。弯曲多模光纤会使图像变得无法识别。取而代之的是，纤维被放置在一根细针中，以保持它的刚性以便插入。
经常用于外科手术的刚性内窥镜很常见，但它们通常使用相对较厚的杆状透镜来产生良好的图像。另一方面，柔性内窥镜——用于结肠镜和输尿管镜的那种——通常使用数万根独立的纤维束，每根纤维传递一个像素的图像。两种类型的内窥镜都体积庞大，分辨率有限。
像卡恩的单纤维内窥镜将是最终的微创成像系统，并且在过去的几年里一直是光学工程密集研究的焦点。
卡恩不是第一个开发一个单纤维内窥镜,但在提高分辨率,它现在是可能怀孕的纤维内窥镜2/10毫米直径厚比人类的头发可以解决80000像素的分辨率大约3/10微米。相比之下，目前最好的柔性纤维内窥镜直径约为半毫米，可分辨约10,000个像素，分辨率约为3微米。
未来
刚性单纤维微内窥镜可以使MISRIAD在生物体内的微观成像进行新程序。这些范围从分析脑组织中的神经元细胞生物学，以研究肌肉生理学和疾病，以早日发现各种形式的癌症。
展望未来，Kahn对与生物医学研究人员合作的潜力令人兴奋，以便成为这些应用程序，而是成为一个物理学家和心脏的工程师，他最迷人的是创造一个灵活的单纤维内窥镜的技术挑战。
“没有人知道一个柔性单光纤内窥镜是否可能，但我们将尝试，”Kahn说。
有关更多信息访问www.standford.edu．
了下:快速原型
