باحثون روس يطورون مسبار بصري قادر على تصوير الأنسجة وقياس خصائصها
© Photo / unsplash.com
تابعنا عبر
طور باحثون في جامعة سانت بطرسبرغ التقنية منصة بصرية متعددة الحساسات، قادرة على الكشف عن البنية الداخلية للأنسجة الرخوة وقياس خصائصها في الوقت نفسه، وبفضل دمج وظائف استشعار متعددة داخل ألياف بصرية دقيقة تُقارب شعرة الإنسان، يُمكن لهذا النظام أن يُحسّن دقة فحوصات التنظير الداخلي ويُقلل الحاجة إلى استخدام أدوات متعددة.
غالباً ما يواجه الأطباء الذين يفحصون الأنسجة بالمنظار قيداً هاماً، إذ قد تُوفر أداة واحدة صورة، بينما تتطلب أخرى قياس الخصائص الفيزيائية. ومع ذلك، فإن هذين النوعين من المعلومات يكونان أكثر فائدة عند جمعهما معاً، لأن الأنسجة المريضة قد تختلف عن الأنسجة السليمة ليس فقط في المظهر، بل أيضاً في الصلابة ودرجة الحرارة والسلوك البصري، كما أن استخدام عدة أدوات منفصلة قد يُعقّد القياسات، وقد يزيد أيضاً من التدخل الجراحي.
عالج الباحثون هذه المشكلة بدمج عدة قياسات في مسبار ليفي بصري واحد، ما أدى إلى ابتكار نظام قادر على رؤية الأنسجة و"استشعار" بعض خصائصها الفيزيائية في آن واحد.
كيف يكشف الضوء ما بداخل الأنسجة؟
يُعدّ التصوير المقطعي التوافقي البصري (OCT) جوهر هذه المنصة، وهو تقنية تصوير تُعتبر نظيرًا بصريًا للموجات فوق الصوتية، حيث تُرسل الموجات فوق الصوتية موجات صوتية إلى داخل الجسم وتقيس انعكاساتها، بينما يستخدم التصوير المقطعي التوافقي البصري الأشعة تحت الحمراء، ويحلل الضوء المنعكس لإعادة بناء التراكيب الموجودة تحت سطح النسيج.
لا يستطيع التصوير المقطعي التوافقي البصري اختراق الأنسجة بعمق الموجات فوق الصوتية، إذ يصل عادةً إلى بضعة ملليمترات فقط، ولكنه يوفر تفاصيل أدق بكثير، حيث يُظهر تراكيب لا يتجاوز حجمها بضعة ميكرومترات، وهذا ما يجعله ذا قيمة خاصة عندما يحتاج الباحثون أو الأطباء إلى فحص طبقات رقيقة من الأنسجة بدقة عالية.
وقد ذهب فريق سانت بطرسبرغ إلى أبعد من ذلك بوضع مجسات ليفية بصرية إضافية في المسبار نفسه، ما يسمح له بقياس درجة الحرارة والضغط ومعامل الانكسار إلى جانب صورة التصوير المقطعي التوافقي البصري، حيث يصف معامل الانكسار مدى قوة انحناء الضوء في المادة، ولأن هذه القيمة تعتمد على تركيب الأنسجة، فإن التغيرات فيها قد توفر مؤشرات إضافية حول ما إذا كانت الأنسجة طبيعية أم غير طبيعية.
إمكانية عمل عدة مجسات معًا دون تحريكها
تعدّ إمكانية ربط عدة مجسات بوحدة إلكترونية ضوئية واحدة وتحليل إشاراتها معًا، من أهم التطورات الأخرى، وقد طوّر الباحثون أفكارًا مستخدمة في تقنية المصفوفات الطورية، حيث تُدمج المعلومات من عدة مستشعرات لتحديد مصدر الإشارة، وهذا يعني أن النظام قادر على اختيار مناطق مختلفة إلكترونيًا وإعادة بناء صورة ثلاثية الأبعاد أكثر تفصيلًا دون تحريك المجس ميكانيكيًا، ما قد يجعل الأجهزة المستقبلية أصغر حجمًا وأسرع وأكثر موثوقية.
الدقة المُبلغ عنها كبيرة جدًا، فقد استطاع النظام تمييز تراكيب يبلغ قطرها حوالي 20 ميكرومترًا وعمقها حوالي 7 ميكرومترات، وقياس درجة الحرارة بدقة تصل إلى 0.15 درجة مئوية، والكشف عن قوى صغيرة للغاية، بينما حقق مستشعر ألياف متخصص دقة قياس ضغط تصل إلى 0.001 باسكال.
تُعدّ هذه الحساسية بالغة الأهمية، إذ قد تظهر تغيرات طفيفة في ميكانيكا الأنسجة قبل حدوث تلف بنيوي واضح، ما قد يوفر معلومات إضافية عند فحص الأورام أو اللويحات الوعائية أو الأنسجة أثناء الإجراءات طفيفة التوغل.
أظهرت الاختبارات أكثر من مجرد التصوير البنيوي
اختبر الباحثون المنصة على نماذج أنسجة اصطناعية مصنوعة من الجيلاتين والألبومين، مع إضافة جزيئات تشتيت مجهرية لمحاكاة بعض الخصائص البصرية لبنى مثل جدار المريء وأنسجة الجهاز التنفسي والجلد، وأظهرت التجارب التصوير البنيوي، وقياس الخصائص المرنة، ومراقبة كيفية انتشار السوائل عبر العينات.
في إحدى التجارب، جُمعت تقنية التصوير المقطعي البصري (OCT) مع استشعار معامل الانكسار لتتبع الماء والجلسرين أثناء اختراقهما نموذج النسيج، وقد تكون هذه القدرة مفيدة في دراسة توصيل الأدوية، إذ يمكن للباحثين مراقبة مسار المادة وكيفية تغير الأنسجة المحيطة بها في آنٍ واحد.
لا تقتصر هذه التقنية على المجال الطبي، فقد قامت المنصة نفسها بقياس أغشية رقيقة تقل سماكتها عن ميكرومتر واحد بدقة نانومترية، كما صوّرت لبّ الألياف البصرية بدقة تفوق الميكرومتر الواحد، ما يشير إلى تطبيقات محتملة في الفحص غير المتلف لرقائق أشباه الموصلات، ومكونات الألياف البصرية، والوصلات الملحومة.
من النموذج الأولي المختبري إلى التشخيص البصري المتقدم
تُعدّ تقنية التصوير المقطعي البصري (OCT) تقنية ناضجة، لكن الباحثين يؤكدون أن ابتكار نظامهم يكمن في دمجها مع مجسات الألياف الضوئية، وقراءة بيانات عدة مجسات في آنٍ واحد باستخدام نفس المكونات المادية تقريبًا، وقد جُمع النموذج الأولي من مكونات اتصالات قياسية وتقنيات توصيل الألياف التقليدية، مما يُسهّل إعادة إنتاجه وتصنيعه مقارنةً بإعداد تجريبي متخصص للغاية.
ويخطط الفريق الآن لتطوير تصوير مرونة التماسك البصري بدون تلامس، وتحسين دقة العمق إلى حوالي 1-2 ميكرومتر، وإنشاء مجسات ألياف متعددة النوى قادرة على توجيه الشعاع الضوئي إلكترونيًا دون أجزاء متحركة.
وإذا ما أكدت الاختبارات البيولوجية والسريرية المستقبلية فعالية هذا النظام، فإن هذا المزيج سيُساعد الأطباء على تمييز الأنسجة غير الطبيعية بدقة أكبر، مع تبسيط القياسات التنظيرية وتقليل الألم المُحتمل للمرضى.
المصدر : | بوابة روسيا العلمية |
