Los investigadores han desarrollado un nuevo enfoque de imágenes de terahercios que, por primera vez, puede adquirir imágenes de resolución a escala micrométrica conservando los enfoques computacionales diseñados para acelerar la adquisición de imágenes. Esta combinación podría permitir que las imágenes de terahercios sean útiles para detectar el cáncer de piel en etapa temprana sin requerir una biopsia de tejido del paciente.

Las longitudes de onda de terahercios se encuentran entre las microondas y la luz infrarroja en el espectro electromagnético. La luz en esta región es ideal para aplicaciones biológicas porque, a diferencia de los rayos X, no transporta suficiente energía para dañar los tejidos. Otra investigación ha demostrado que las células cancerosas de la piel absorben terahercios de luz con más fuerza que las células sanas. demostrando que las imágenes de terahercios pueden ser útiles para distinguir entre tejido canceroso y tejido sano.

"El cáncer de piel ya se puede detectar con luz de terahercios, pero debido a la baja resolución de los enfoques de imágenes actuales, el cáncer solo se puede ver después de que ha crecido bastante, "dijo el líder del equipo de investigación, Rayko Stantchev de la Universidad de Exeter, REINO UNIDO. "Idealmente, queremos detectar el cáncer temprano, cuando aún es pequeño. Esperamos que las imágenes de terahercios de alta resolución, combinado con la capacidad de tomar una imagen rápidamente, eventualmente podría conducir a un dispositivo que podría detectar cáncer en el consultorio del médico ".

En Optica , La revista de la Optical Society para la investigación de alto impacto, Los investigadores demostraron que su enfoque de campo cercano para la obtención de imágenes de terahercios puede lograr una resolución espacial de aproximadamente nueve micrones y era compatible con la detección comprimida y los algoritmos de imágenes adaptativas que permiten una adquisición de imágenes tres veces más rápida que las tecnologías convencionales.

Además de sus beneficios prácticos para la obtención de imágenes médicas, la investigación también representa una nueva forma de lograr imágenes de terahercios de alta resolución. En imágenes convencionales, la resolución espacial está limitada por el límite de difracción, que está determinada por la longitud de onda de la luz utilizada. Aunque la mayoría de las técnicas de imágenes detectan la luz dispersa a cierta distancia del objeto que se está fotografiando, los investigadores superaron el límite de difracción mediante el uso de una configuración única para medir cerca, o campo cercano, interacciones de ondas de terahercios con el objeto que se está imaginando. Su enfoque produjo una resolución de aproximadamente 1/45 de la longitud de onda utilizada para la obtención de imágenes.

"Esta es la primera demostración experimental, para cualquier región espectral, que muestra que la detección comprimida y la obtención de imágenes adaptativas se pueden realizar a resoluciones mucho más pequeñas que la longitud de onda de la luz utilizada para la obtención de imágenes, ", dijo Stantchev." Demostrar que esto es físicamente posible permitirá a los ingenieros y científicos comenzar a pensar en todo el potencial de este enfoque ".

Imágenes de terahercios de sublongitud de onda

La principal innovación que hizo posible el nuevo enfoque fue un dispositivo de microespejos digitales (DMD), una serie de pequeños espejos que pueden ser controlados por una computadora. Los investigadores utilizan el DMD para proyectar un patrón de luz de 800 nm en una oblea de silicio, lo que hace que la oblea sea opaca a la luz de terahercios en áreas donde la luz de 800 nm incide en el silicio. Esto significa que cuando un rayo de terahercios pasa a través de la oblea, crea un rayo de terahercios con patrón en el otro lado de la oblea que luego puede interactuar con un objeto que se está imaginando. Debido a que se conoce el patrón creado por el DMD, una computadora puede reconstruir una imagen del objeto basándose en la luz de terahercios detectada.

Debido a que los enfoques de imágenes de terahercios de campo cercano suelen estar plagados de velocidades de adquisición lentas, los investigadores diseñaron su enfoque para que fuera compatible con la detección comprimida y los algoritmos de muestreo adaptativo que aumentan la velocidad de obtención de imágenes. Estos algoritmos funcionan de manera similar a la compresión de imágenes, que reduce el tamaño de una imagen al eliminar cualquier dato que no sea necesario para percibir visualmente una imagen. Los algoritmos de detección comprimida y de imágenes adaptativas llevan esto un paso más allá al ignorar los datos innecesarios para empezar, acelerar la obtención de imágenes midiendo solo los componentes vitales de la imagen.

"Usamos estos algoritmos para determinar qué regiones de la oblea son transparentes y qué regiones no lo son, esencialmente creando píxeles, ", dijo Stantchev." Debido a que estábamos usando un detector de terahercios de un solo píxel, normalmente, cada píxel adquiriría una medida. Sin embargo, creando muchos píxeles transparentes en una sola medición, una imagen se puede adquirir más rápidamente tomando menos medidas que la cantidad de píxeles ".

Los investigadores utilizaron su configuración para obtener imágenes de una variedad de objetos y demostraron que el método podía distinguir los brazos de una rueda de carro metálica espaciados unos nueve micrones.

Avanzando hacia la practicidad

"Para nuestra configuración actual, tenemos que usar un láser muy intenso para hacer opacas las obleas de silicio, ", dijo Stantchev." Este láser es muy grande y caro, así que para que este enfoque fuera práctico, necesitábamos descubrir cómo hacerlo utilizando un láser mucho más barato y pequeño ".

Stantchev ahora está trabajando con investigadores de la Universidad China de Hong Kong que han creado una configuración óptica diferente que podría hacer que las obleas de silicio sean opacas utilizando un láser menos potente. Los investigadores ahora están trabajando juntos para ver si este enfoque podría hacer posible adquirir imágenes de terahercios de sublongitud de onda utilizando un láser que cuesta alrededor de $ 200 en lugar de los casi $ 400. 000 láser utilizado para el trabajo informado en el Optica papel.

"Este es un paso para hacer que la técnica sea más compatible con las aplicaciones biológicas, dijo Stantchev. imaginamos un dispositivo que podría usarse en el consultorio del médico y que revelaría rápidamente si hay cáncer de piel ".