Los investigadores han demostrado que una tecnología de detección tomada de la óptica cuántica se puede utilizar para realizar una tomografía de coherencia óptica (OCT) con una potencia de luz mucho menor de lo que era posible anteriormente. Esto podría mejorar en gran medida la calidad de imagen disponible de OCT utilizada para aplicaciones de imágenes médicas.

OCT utiliza luz para proporcionar imágenes en 3D de alta resolución de forma no invasiva. Aunque se usa comúnmente para aplicaciones oftalmológicas, La OCT también se puede utilizar para obtener imágenes de muchas otras partes del cuerpo, como la piel y el interior de las orejas. boca, arterias y tracto gastrointestinal.

"Para aplicaciones clínicas, poder realizar OCT con poca potencia de luz es crucial porque los estándares de seguridad limitan los niveles de intensidad de luz que se pueden usar, ", dijo la líder del equipo de investigación Sylwia Kolenderska de la Universidad de Auckland en Nueva Zelanda". En algunos casos, estos niveles de potencia no son lo suficientemente altos para lograr una buena calidad de imagen ".

En la revista The Optical Society (OSA) Letras de óptica , los investigadores describen cómo reemplazaron los detectores OCT estándar con detectores superconductores de fotón único (SSPD), una tecnología utilizada en óptica cuántica para distinguir fotones individuales. Esta configuración les permitió lograr una buena calidad de imagen con niveles de potencia hasta 1 millón de veces más bajos que los que se utilizan actualmente en los instrumentos OCT.

"En el futuro, si la tecnología de detección de fotón único pudiera hacerse mucho más pequeña y menos costosa, Se podría crear una línea de máquinas de diagnóstico portátiles basadas en imágenes basadas en la luz para fines de autodiagnóstico seguro en la comodidad de su hogar. "dijo Kolenderska.

Captura de fotones individuales

Los investigadores idearon el nuevo esquema de detección mientras desarrollaban un método OCT basado en luz cuántica para el que los SSPD eran fundamentales. Pronto se dieron cuenta de que los SSPD también podrían usarse en una disposición OCT estándar para mejorar la sensibilidad.

"Debido a que los SSPD pueden detectar fotones individuales, un instrumento OCT que los usa requiere solo una pequeña cantidad de luz en comparación con la que se usa actualmente en las máquinas OCT modernas, "dijo Kolenderska." Sin embargo, todavía produce imágenes de gran detalle que son comparables con los sistemas OCT existentes ".

La incorporación de SSPD en un sistema OCT estándar requirió algunos cambios en la configuración óptica típica. Los instrumentos OCT modernos funcionan discerniendo los colores, o longitudes de onda, de luz reflejada por un objeto. Esta discriminación de longitud de onda se puede realizar utilizando un detector de un solo píxel mientras la fuente de luz produce una longitud de onda a la vez o se puede hacer con una rejilla de difracción que divide la luz en diferentes longitudes de onda como un prisma y una cámara que detecta estas longitudes de onda.

Los investigadores utilizaron una fibra en lugar de una rejilla para separar diferentes colores, que viajan a diferentes velocidades por la fibra. En el extremo de salida de la fibra, utilizaron el SSPD para capturar los diferentes colores a medida que llegaban en diferentes momentos. Esto permitió adquirir el espectro de luz para reconstruir imágenes OCT.

La luz de baja potencia produce imágenes de alta calidad

Para demostrar el nuevo esquema de detección, los investigadores adquirieron imágenes OCT de una pila de tres tipos de vasos y un trozo de cebolla, que representó una muestra biológica. Obtuvieron imágenes de buena calidad de ambas muestras a niveles de intensidad de luz al menos cinco órdenes de magnitud más bajos que los establecidos por los estándares de seguridad.

"Nuestros resultados muestran que el nuevo enfoque de detección podría permitir imágenes de OCT de calidad de diferentes partes del cuerpo, órganos especialmente sensibles como los ojos, sin preocuparse por superar los niveles de seguridad en cuanto a potencia lumínica, "dijo Kolenderska." De hecho, el SSPD sufriría daños irreparables mucho antes de que se alcance incluso el 1% del nivel de seguridad ".

Los investigadores hicieron, sin embargo, observar artefactos, elementos que no se corresponden con la estructura de la muestra, en las imágenes OCT que adquirieron. Aparecen porque el sistema de detección detecta todo tipo de interacciones entre fotones, no solo los necesarios para reconstruir una imagen real. Están experimentando para encontrar la mejor manera de prevenir estos artefactos sin comprometer la velocidad de la imagen. que sería importante mantener para aplicaciones clínicas.