Limburger Zeitung

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Deutsche Wissenschaftler entwickeln Multimode-Faserpr

Experimenteller Aufbau eines CARS/SHG/TPEF-Multimedia-DCDC-Faser-Scanning-Experiments

Bild: A, Bild der Mikrofaser-Sonde und der Laser-Koppeleinheit. Oben rechts ist das Bild der in Edelstahl geschützten Tastspitze mit einem Durchmesser von 2,4 mm und einer Länge von 39 mm im Vergleich zur Größe einer 1-Euro-Cent-Münze dargestellt. Der Lichtwellenleiter und die vier Anschlusskabel des Scanners werden in einem 1-mm-Schlauch geführt, der von einem abgedichteten Endoskopie-Schlauch mit 4,5 mm Durchmesser umschlossen ist. b, Der Faserlaser (AFS, Deutschland) wird durch die L1-Linse kollimiert, die bei der CARS-Wellenlänge durch F1 (750 nm Langpass) FWM-gefiltert wird. Die Laserleistung wird unter Verwendung eines 1050 nm dichroitischen Kurzpassspiegels (DC1) abgestimmt. Lineares Brechungsgitter G mit 39,4 μm Gitterperiode und L3-Linse (f = 4 mm) und Stokes-Pumpe in zwei verschiedenen Kernen. Probensignale werden durch die DCDC-Faser zurückgeleitet und vom PMT-Detektor nach der Ablenkung im dichroitischen DC2-Spiegel erfasst. Der Bandpassfilter F2 wählt das interessierende nichtlineare Signal (CARS/SHG/TPEF) aus und die Linse L2 fokussiert die Signale auf die Bildvervielfacherröhre (PMT).
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Bildnachweis: Ekaterina Bschenay Severin, Hyunsoo Bey, Karl Reichwald, Gregor Matz, Jörg Perlich, Jens Kobelcki, Adrian Lorenz, Anka Schocho, Tobias Mayer-Seidler, Michael Schmidt, Bernard Messerschmitt, Jürgen Pope

Der Goldstandard in der Diagnose bei den meisten chirurgischen Eingriffen ist die Entnahme von Biopsien und deren histopathologische Untersuchung zur Bestätigung von Tumor und Tumorgrenzen. Die histopathologische Untersuchung erfolgt durch Schnellschnitte von undifferenzierten Gewebeschnitten während der Operation und auch von Gewebeschnitten aus fixiertem Material. Dieses Verfahren ist zeitaufwendig, abhängig vom Untersucher und hängt von der Menge, Anzahl und Qualität der entnommenen Gewebeproben ab. In der Tumorchirurgie besteht daher ein großer Bedarf an neuen Techniken, die den Tumor genau lokalisieren können, damit der Chirurg ihn möglichst vollständig entfernen kann, denn die zuverlässige Erkennung von Tumorrändern ist der Schlüssel zu einer effektiven Tumorbehandlung.

In diesem Zusammenhang bietet die multimodale nichtlineare Bildgebung, die die drei verschiedenen nichtlinearen Bildgebungsverfahren kombiniert – Anti-Stokes-kohärente Raman-Streuung (CARS), Zwei-Photonen-angeregte Autofluoreszenz (TPEF) und Erzeugung der zweiten Harmonischen (SHG) – das Potenzial für die Gewebebewertung. Und der Erfolg einer Operation oder Endoskopie. Allerdings ist die in vivo Die Anwendung dieser Methoden bei endoskopischen oder chirurgischen Eingriffen ist eine Herausforderung, da sie (1) leistungsstarke, ultraschnelle Laser, (2) die Lieferung eines verlustarmen Lasers und Signal sammelnde Fasern erfordert, die die Pulsform beibehalten, (3) kompakt, schnell, und genaue Scanner sowie (4) Ziele Hochleistungsmikroskopie.

In einem neuen Forschungspapier, das in Light Science & Application veröffentlicht wurde, präsentiert ein Team von Wissenschaftlern aus Jena, Deutschland, unter der Leitung von Professor Dr. Jürgen Poppe vom Leibniz-Institut für Photonische Technologien der Friedrich-Schiller-Universität Jena und Dr. Bernhard Messerschmidt von Grintech eine neue All -Faserbasiertes Endoskopie-Setup für die Endoskopie Multimodale Nichtlinearität ermöglicht die Aufzeichnung von Gewebebildern, die morphologische und biochemische Informationen anzeigen.

Wissenschaftler haben eine endoskopische CARS/SHG/TPEF-Plattform entwickelt, in der sie alle oben genannten Schlüsselkomponenten speziell für eine optimale Leistung entwickelt haben, zum Beispiel einen tragbaren Faserlaser, eine neue Art von Festkörperfaser, um spannende Laserwellenlängen auf zwei separate Kerne zu lenken und sammeln das Signal in einem äußeren Gehäuse, einem Resonanzfaserscanner und einem Mikroskop-Target, das für die Laserrekombination und Farbkorrektur von Laserstrahlen bestimmt ist. Als solche ermöglicht ihre neue Multimedia-Bildsonde die Aufnahme von Gewebebildern ähnlich denen, die mit einem großen, kommerziell erhältlichen Laserscanning-Mikroskop aufgenommen wurden. Das vorgestellte einzigartige Fasersondenkonzept wird neue Möglichkeiten für die markierungsfreie Gewebediagnostik zB bei der Endoskopie oder Chirurgie in Bezug auf die Tumorranderkennung eröffnen. Dies kann die Patientenversorgung verbessern und Kosten sparen, indem beispielsweise teure Folgebehandlungen vermieden werden.

Der flexible ultramikroskopische endoskopische Ansatz basiert auf kundenspezifischen, doppelt beschichteten Fasern, gepaart mit einem präzisen optischen Konzept, das den Fokus auf der Bereitstellung eines hintergrundfreien, verlustfreien Hochleistungspeaks und einer effizienten Signalaggregation in Rückwärtsrichtung kombiniert . Die Wissenschaftler fassen das Funktionsprinzip ihres endoskopischen Ansatzes zusammen:

„Das Herzstück dieses Scanning-Faser-Endoskops ist eine neue Art von Glasfaser, die speziell intern für die CARS-Faserlaserabgabe entwickelt wurde, bei der es sich um eine Singlemode-Glasfaser mit doppelter Beschichtung und Doppelkern (DCDC) aus reinem Siliziumdioxid handelt. Dieser Fasertyp vermeidet die Erzeugung eines störenden Hintergrund-Vierwelleneingangs (FWM) durch getrennte Führung der CARS-Pump- und Stokes-Laserpulse an den einzelnen Kernen und ermöglicht den Singlemode-Betrieb Die DCDC-Fasern wurden mittels Stapel- und Ziehtechnologie am Leibniz-Institut für Optische Technologie hergestellt “ sagt Professor Papst.

„Neben den DCDC-Fasern stellt das speziell entwickelte Target für das interne Mikroskop mit 0,55 numerischer Apertur und einem Sichtfeld von 180 µm den zweiten Hauptbestandteil der Endoskopieplattform dar. Hier überlagert ein refraktives lineares optisches Gitter die Pump- und Fokussierung des Stokes-Lasers über das gesamte Sichtfeld bietet eine derart begrenzte Beugungsleistung für die Gewebebildgebung bei einem Bild pro Sekunde mit einer räumlichen Auflösung im Submikrometerbereich und einer hohen Transmission von 65% vom Laser zur Probe unter Verwendung einer entfernten Resonanzfaser Scanner.” Dr. Bernard Messerschmidt fügt hinzu.

„Dieses Zusammenspiel eines faseroptischen Designs mit einem äußerst kompakten und intelligenten optischen Konzept führt zu einem rein faserbasierten endoskopischen Setup für die multimodale nichtlineare Endoskopie, das ein vielversprechendes Design für routinemäßige klinische Bildgebungsanwendungen wie chirurgische Führung und in vivo Diagnostik “Die Welt vorhersagen.


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