Los investigadores han desarrollado una versión mejorada de la tomografía de coherencia óptica (OCT) que puede obtener imágenes de muestras biomédicas con mayor contraste y resolución en un campo de visión 3D más amplio de lo que era posible anteriormente. El nuevo microscopio 3D podría ser útil para la investigación biomédica y eventualmente permitir imágenes de diagnóstico médico más precisas.

En Óptica journal, los investigadores de la Universidad de Duke describen la nueva técnica, a la que llaman tomografía de refracción de coherencia óptica 3D (3D OCRT). Utilizando varias muestras biológicas, muestran que la OCRT 3D produce imágenes muy detalladas que revelan características difíciles de observar con la OCT tradicional.

OCT utiliza luz para proporcionar imágenes 3D de alta resolución sin necesidad de agentes de contraste o etiquetas. Aunque se usa comúnmente para aplicaciones de oftalmología, el método de imágenes también se puede usar para obtener imágenes de muchas otras partes del cuerpo, como la piel y el interior de los oídos, la boca, las arterias y el tracto gastrointestinal.

"OCT es una técnica de imagen volumétrica ampliamente utilizada en oftalmología y otras ramas de la medicina", dijo el primer autor Kevin C. Zhou. "Desarrollamos una extensión nueva y emocionante, que presenta un hardware novedoso combinado con un nuevo algoritmo computacional de reconstrucción de imágenes en 3D para abordar algunas limitaciones bien conocidas de la técnica de imágenes".

"Prevemos que este enfoque se aplique en una amplia variedad de aplicaciones de imágenes biomédicas, como in vivo imágenes de diagnóstico del ojo humano o la piel", dijo el codirector del equipo de investigación, Joseph A. Izatt. "El hardware que diseñamos para realizar la técnica también se puede miniaturizar fácilmente en pequeñas sondas o endoscopios para acceder al tracto gastrointestinal y otras partes del cuerpo".

Ver más con OCT

Aunque la OCT ha demostrado ser útil tanto en aplicaciones clínicas como en investigación biomédica, es difícil adquirir imágenes de OCT de alta resolución en un amplio campo de visión en todas las direcciones simultáneamente debido a las limitaciones fundamentales impuestas por la propagación del haz óptico. Otro desafío es que las imágenes de OCT contienen altos niveles de ruido aleatorio, llamado moteado, que puede oscurecer detalles importantes desde el punto de vista biomédico.

Para abordar estas limitaciones, los investigadores utilizaron un diseño óptico que incorporaba un espejo parabólico. Este tipo de espejo se encuentra comúnmente en aplicaciones que no son de imágenes, como linternas, donde rodea la bombilla para dirigir la luz en una dirección. Los investigadores utilizaron una configuración óptica en la que la luz se enviaba en la otra dirección, con la muestra colocada donde estaría la bombilla de una linterna.

Este diseño hizo posible obtener imágenes de la muestra desde múltiples puntos de vista en una amplia gama de ángulos. Desarrollaron un algoritmo sofisticado para combinar las vistas en una sola imagen 3D de alta calidad que corrige las distorsiones, el ruido y otras imperfecciones.

"El trabajo publicado en Óptica amplía nuestra investigación anterior al superar importantes desafíos de ingeniería, tanto en el hardware como en el software, para permitir que OCRT funcione en 3D y hacerlo más ampliamente aplicable", dijo Sina Farsiu, codirectora del equipo de investigación. "Debido a que nuestro sistema genera decenas a cientos de gigabytes de datos, tuvimos que desarrollar un nuevo algoritmo basado en herramientas informáticas modernas que han madurado recientemente dentro de la comunidad de aprendizaje automático".

Obtener una vista más amplia

Los investigadores demostraron la versatilidad y la amplia aplicabilidad del método usándolo para obtener imágenes de varias muestras biológicas, incluido un pez cebra y una mosca de la fruta, que son importantes organismos modelo para estudios de comportamiento, desarrollo y neurobiológicos. También tomaron imágenes de muestras de tejido de ratón de la tráquea y el esófago para demostrar el potencial de las imágenes de diagnóstico médico. Con OCRT 3D, adquirieron campos de visión 3D de hasta ±75° sin mover la muestra.

"Además de reducir los artefactos de ruido y corregir las distorsiones inducidas por la muestra, la OCRT es inherentemente capaz de crear computacionalmente contraste a partir de las propiedades del tejido que son menos visibles en la OCT tradicional", dijo Zhou. "Por ejemplo, demostramos que es sensible a las estructuras orientadas, como el tejido similar a una fibra".

Los investigadores ahora están explorando formas de reducir el tamaño del sistema y hacerlo más rápido para imágenes en vivo aprovechando los desarrollos recientes en tecnologías de sistemas OCT más rápidos y avances en aprendizaje profundo que pueden acelerar o mejorar el procesamiento de datos. + Explora más

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