La tomografía computarizada fotoacústica (PACT) es una técnica de imagen híbrida no invasiva que excita los tejidos biológicos con luz y detecta el ultrasonido generado posteriormente para formar imágenes. PACT combina las ventajas de ambas imágenes ópticas:alto contraste óptico, e imágenes ultrasónicas:alta resolución y penetración profunda en tejidos biológicos. PACT se ha utilizado ampliamente para el mapeo de redes vasculares, imágenes cerebrales funcionales, y detección de tumores en tejidos profundos.

Sin embargo, mediante la detección de ondas ultrasónicas, PACT no puede escapar de la ruina que enfrentan todas las técnicas de imágenes basadas en ondas:la difracción de ondas presenta un límite fundamental en su resolución espacial. Debido a la difracción ultrasónica, una fuente puntual absorbente se distribuye como un disco (función de distribución puntual) en su imagen, que tiene un tamaño comparable con la longitud de onda del ultrasonido. Por lo tanto, Las estructuras de los tejidos están manchadas por este disco y borrosas, y cualquier característica que esté separada por una distancia menor que la longitud de onda del ultrasonido no se puede resolver. Aunque se puede lograr una resolución más fina detectando ultrasonido con longitudes de onda más cortas, la atenuación del ultrasonido en los tejidos se vuelve más fuerte en consecuencia, Limitando la penetración.

Recientemente, investigadores del Laboratorio de Imágenes Ópticas de Caltech, dirigida por Lihong Wang, desarrolló una técnica para PACT de superresolución in vivo. Rompe el límite de difracción acústica al localizar los centros de gotitas teñidas individuales que fluyen en los vasos sanguíneos. Esta técnica resuelve los vasos sanguíneos del cerebro con una resolución seis veces más fina. La investigación ha sido publicada en Luz:ciencia y aplicaciones .

Los investigadores fabricaron gotas de aceite en agua 'fotoacústicamente brillantes' utilizando una solución de un tinte hidrófobo, a saber, Yoduro IR-780 en aceite. Los tamaños de las gotas varían de 4 a 30 micrones, que son mucho más pequeñas que las longitudes de onda del ultrasonido detectado, haciéndolos excelentes fuentes puntuales fotoacústicas. Aprovechando sus reducidos tamaños, conformidad líquida, y alto 'brillo' fotoacústico, una vez inyectado en el torrente sanguíneo, las gotitas fluyen suavemente en los capilares sanguíneos y proporcionan excelentes trazadores para la obtención de imágenes de superresolución basadas en la localización.

Al inyectar las gotitas en los vasos cerebrales de ratones vivos, los investigadores lograron PACT de superresolución en tres pasos. El primer paso es obtener imágenes de gotas teñidas individuales con disparos láser únicos. El tiempo de adquisición de datos de PACT (~ 50 μs) es tan corto que las gotas que fluyen están casi congeladas en cada cuadro. El número de gotas inyectadas se controló de modo que las gotas estén separadas por más de la mitad de una longitud de onda acústica, lo que garantizaba que la imagen de cada uno (el disco) no se superpusiera con las de sus vecinos.

El segundo paso es determinar la posición exacta de cada gota encontrando el centro de su función de dispersión de puntos. Debido a que las gotas están bien separadas, sus centros se pueden localizar con precisiones mucho menores que la longitud de onda del ultrasonido. Aprovechando el flujo de gotas, las gotitas en recipientes muy separados se pueden resolver espacialmente siempre que no aparezcan en el mismo marco de imagen.

El paso final es repetir los procesos de imagen y localización hasta que se haya obtenido una densidad suficiente de puntos de origen. Los investigadores adquirieron continuamente 36, 000 fotogramas de imagen y localizado un total de 220, 000 gotas. Al marcar las posiciones de todas estas fuentes puntuales en una imagen, se puede construir una imagen súper resuelta, que representa una red vascular de resolución más fina ya que las gotitas están confinadas dentro de los vasos. La resolución espacial de esta imagen supera el límite de difracción, porque está determinada por la precisión con la que se puede estimar la posición de cada gota. Además de la mejora de la resolución, El seguimiento de las gotas que fluyen también permitió a los investigadores caracterizar la velocidad del flujo sanguíneo en el cerebro profundo de ratones vivos.

El PACT de superresolución de la microvasculatura tiene una perspectiva interesante. La técnica tiene el potencial de avanzar sustancialmente en el estudio de la función normal de los vasos sanguíneos, así como la enfermedad, como la angiogénesis en tumores de tejido profundo.