Microscopía fotoacústica de resolución óptica (OR-PAM), una nueva técnica de imagen híbrida, nos permite escuchar el sonido de la luz y ver el color del tejido biológico en sí. Se puede usar para vivir, imagen funcional multicontrasta, pero la elección de longitud de onda limitada de la mayoría de los láseres comerciales y las limitaciones de los métodos de escaneo existentes han significado que OR-PAM puede obtener solo uno o dos tipos diferentes de contraste en un solo escaneo. Estas limitaciones han hecho que las imágenes funcionales multicontrast requieran mucho tiempo, y ha sido difícil capturar los cambios dinámicos de la información funcional en los tejidos biológicos.

Para superar estas limitaciones, Lidai Wang y su equipo de investigación de la City University of Hong Kong desarrollaron recientemente un sistema OR-PAM de múltiples longitudes de onda basado en una sola fuente láser. Como se informó en Fotónica avanzada , El novedoso sistema permite obtener imágenes multicontraste simultáneas de la concentración de hemoglobina. velocidad del flujo sanguíneo, saturación de oxígeno en sangre, y concentración linfática. Esta información funcional puede proporcionar información subcelular significativa para los científicos que estudian modelos de enfermedades, por ejemplo, en la investigación del cáncer.

Microscopía fotoacústica de resolución óptica

Basado en las propiedades de absorción intrínsecas del tejido biológico objetivo, Las imágenes fotoacústicas aprovechan el hecho de que cuando un rayo láser pulsado apunta al tejido, absorbe la luz y genera calor instantáneo. Ese calor causa expansión térmica, que genera una onda ultrasónica mecánica, conocida como onda fotoacústica (PA). Después de recoger la onda PA mediante un transductor ultrasónico y reconstruir la señal, los científicos pueden adquirir una imagen que muestre la distribución de la absorción de luz en el tejido biológico.

La microscopía fotoacústica de resolución óptica proporciona información de imagen de alta resolución y alto contraste para la estructura, morfología, función, y metabolismo de tejidos biológicos, con perspectivas de amplias aplicaciones en imágenes biomoleculares.

Fuente láser de fibra de cinco longitudes de onda

El equipo de Wang ha mejorado OR-PAM mediante el desarrollo de una fuente láser de fibra de cinco longitudes de onda basada en una fuente láser de nanosegundos de longitud de onda única. El tiempo de conmutación entre diferentes longitudes de onda ocurre en una escala de tiempo de submicrosegundos, lo que abre posibilidades para OR-PAM multifuncional simultáneo. El equipo de Wang validó la estabilidad del sistema midiendo la fluctuación y la deriva de energía, y probó la profundidad de la imagen, así como la resolución lateral y axial para imágenes OR-PAM.

Según Wang, el sistema se basa en el efecto de dispersión Raman estimulada (SRS). Básicamente, la fuente de láser bombeada puede generar un rayo láser disperso con una longitud de onda más larga que el rayo incidente original a través de la fibra óptica. Cuando la energía de la fuente láser bombeada supera un cierto umbral, la longitud de onda del SRS generada mantiene una alta directividad, alta monocromaticidad, y alta coherencia, lo que lo hace muy adecuado como fuente láser de OR-PAM. Las múltiples longitudes de onda dispersas se pueden utilizar para imágenes fotoacústicas multicontraste.

Imagen multifuncional y modelado de enfermedades

El equipo de Wang también desarrolló un método de procesamiento de imágenes multiparamétrico para calcular el diámetro, profundidad, tortuosidad, y otros parámetros fisiológicos en vasos microvasculares, proporcionando una base de análisis de imágenes para modelar enfermedades. Usando el OR-PAM de cinco longitudes de onda, el equipo de investigación llevó a cabo además imágenes multifuncionales del desarrollo de tumores, aclaramiento linfático, e imágenes cerebrales.

En su primer paso, realizaron imágenes microscópicas multifuncionales de pequeños animales in vivo, incluida la concentración de hemoglobina, velocidad del flujo sanguíneo, saturación de oxígeno, y concentración linfática. También analizaron las diferencias morfológicas y funcionales (incluido el diámetro, el flujo de sangre, nivel de oxígeno en sangre, etc.) de diferentes vasos sanguíneos en el área de imagen.

Dado que el OR-PAM multifuncional tradicional requiere múltiples escaneos y múltiples fuentes láser para lograr tales resultados, su trabajo ha abordado dos problemas importantes. Uno es que el microambiente de los vasos sanguíneos en el tejido cambia con el tiempo, por lo que el escaneo múltiple a largo plazo causa inconsistencias en la imagen funcional. El otro es la asincronía entre las diferentes fuentes láser. Tales fluctuaciones provocan errores sistemáticos de cálculo. Este nuevo método puede realizar imágenes multifuncionales con una sola fuente láser y en un solo escaneo, que no solo acorta en gran medida el tiempo de obtención de imágenes, pero también mejora la precisión de la imagen.

Wang comenta, "En el futuro, optimizando el método de escaneo, y combinando con el OR-PAM de longitud de onda múltiple en este trabajo, Se pueden obtener imágenes en tiempo real de los cambios dinámicos de los parámetros fisiológicos en algunos modelos de enfermedades ".