13 juni 2025
Skarpare och säkrare diagnostik med ljusbaserad 3D-avbildning
Ny forskning vid Luleå tekniska universitet banar väg för snabbare, mer träffsäker och skonsam diagnostik genom att kombinera två avancerade tekniker som använder laserljus för att skapa detaljerade bilder av både struktur och innehåll i ett prov.
Tänk dig att kunna titta in i levande vävnad utan att behöva operera eller använda röntgen, och samtidigt se exakt vilka ämnen som finns där. Det är målet med en ny forskningsmetod som kombinerar två optiska tekniker: en som visar vad något består av kemiskt, och en som ger en tredimensionell bild av dess struktur.
– Målet är att få fram 3D-bilder som inte bara visar strukturen, utan också identifierar specifika kemiska ämnen i ett prov, säger Ronja Eriksson, doktorand i experimentell mekanik vid Luleå tekniska universitet.
Den första tekniken kallas stimulerad Raman-spridning (SRS). Den bygger på att två laserstrålar riktas mot ett material, där skillnaden i deras våglängder avgör vilken molekyl man vill avbilda. Den andra tekniken, digital bildkorrelation av laserspeckler, gör det möjligt att ta fram detaljerade bilder av ett föremåls form och inre struktur genom att analysera hur ljuset påverkas när det passerar genom eller reflekteras från materialet. Genom att kombinera dessa två metoder vill forskarna skapa nya sätt att studera exempelvis biologiska prover, utan att skada dem.
– Hittills har vi undersökt var i provet SRS-signalen genereras, både genom experiment och simuleringar. Vi har också visat att det går att styra var detta sker med hjälp av en spatial ljusmodulator, förklarar Ronja Eriksson.
Ronja Eriksson, doktorand i experimentell mekanik vid Luleå tekniska universitet.
Till en början var tanken att använda interferometrisk avbildning, en teknik som bygger på att ljusvågor kombineras för att mäta mycket små skillnader i ett objekts form. Målet var att använda den tillsammans med SRS för att skapa 3D-strukturer. Men tekniken visade sig vara mycket känslig för störningar, vilket försämrade bildkvaliteten. Dessutom innebar det en utmaning att särskilja den genererade SRS-signalen från brus i lasersystemet. Det fick forskargruppen att utveckla ett nytt kamerasystem baserat på specklekorrelation. Metoden innebär att ljusmönster från två olika kameror jämförs för att skapa bilder med hög kontrast och precision. På så sätt kan små variationer i ljusbrytning upptäckas, vilket avslöjar provets inre struktur. Tekniken är en del av ett bredare forskningsfält som syftar till att utveckla nya optiska verktyg för att kunna studera känsliga prover snabbt, noggrant och utan att skada dem. Det kan få stor betydelse inom både sjukvård, materialanalys och miljöövervakning.
– Våra resultat visar att metoden kan uppnå en känslighet i nivå med digital holografi, och att den dessutom kan vara ett mer stabilt och flexibelt alternativ, säger Ronja Eriksson.
Ett tillämpningsområde för tekniken är att studera bakteriecellulosa. I en första studie har forskarna undersökt potentiella molekylära skillnader i de kemiska bindningarna hos bakteriecellulosa som producerats av bakterier som använt plast som näringskälla. Denna typ av cellulosa har materialegenskaper som gör den intressant som möjlig ersättning för plast i exempelvis förpackningar, samtidigt som bakterierna kan bryta ner plast och omvandla den till ett biologiskt material.
– Vi har nu undersökt de två teknikerna var för sig. Nästa steg är att integrera SRS och specklekorrelation i ett gemensamt kamerasystem, avslutar Ronja Eriksson, som nyligen presenterade sina resultat i avhandlingen Speckle Correlation and Stimulated Raman Scattering: towards Species-Specific 3D Imaging.