En el ámbito de la imagen médica, existen bastantes técnicas diferentes para extraer información del tejido biológico en función de sus diferentes interacciones con la luz visible. Durante la última década, ha habido un aumento masivo en la investigación centrada en la obtención de imágenes de fase cuantitativa, que implica capturar y analizar cómo cambia la fase de una luz a medida que pasa a través de una muestra.
Además de la información de fase, la forma en que las células o los tejidos interactúan con la luz polarizada (y cómo estas interacciones cambian dependiendo de la dirección de la polarización) puede proporcionar información útil para diagnosticar ciertas patologías o estudiar procesos biológicos.
Si bien existen algunos métodos que pueden extraer información tanto de fase como de anisotropía para crear reconstrucciones tomográficas 3D, estas técnicas suelen ser costosas y complejas de configurar, lo que ha limitado su uso en aplicaciones clínicas.
En un estudio reciente, un equipo de investigación internacional, incluido el Prof. Roarke Horstmeyer y el Dr. Shiqi Xu de la Universidad de Duke, se propusieron abordar estas limitaciones.
Como se informa en Fotónica avanzada , los investigadores desarrollaron una nueva técnica de imagen llamada picografía tomográfica tensorial de Fourier (o "T 2 oFu"). Este método se puede utilizar para obtener información cuantitativa sensible a la fase y a la polarización de muestras biológicas simultáneamente.
Una característica clave de T 2 oFu es su configuración óptica económica. El sistema consta de una matriz de LED direccionable individualmente como fuente de iluminación. Para obtener información dependiente de la polarización, el sistema también emplea un polarizador circular entre la iluminación y la muestra, así como una cámara sensible a la polarización.
Para reconstruir la tomografía de fase cuantitativa sensible a la polarización con esta configuración, el equipo de investigación desarrolló T 2 El modelo de reconstrucción de oFu desde cero. Basándose en las teorías de la propagación de la luz, derivaron un modelo matemático que describe con precisión las mediciones experimentales.
Con la configuración experimental y el marco teórico establecidos, el equipo puso a prueba su método a través de una serie de experimentos. Primero, reconstruyeron imágenes tridimensionales detalladas de fibras musculares con anisotropía e información de fase, obteniendo una visión clara de los filamentos musculares individuales. Esto tiene implicaciones importantes para fines de diagnóstico.
"Las imágenes estructurales de alto contraste y alta resolución de señales intrínsecas en las fibras del músculo esquelético son importantes para la detección oportuna de cambios en la organización miofibrilar que pueden conducir a miopatías esqueléticas", explica el Dr. Horstmeyer. "Actualmente, las imágenes del tejido muscular en 3D suelen obtenerse mediante sistemas complejos y costosos, como la microscopía de generación de segundo armónico (SHG). En particular, nuestro económico sistema basado en LED mostró resultados similares a los descritos en la literatura sobre imágenes de SHG". /P>
Luego, los investigadores tomaron imágenes de una muestra de tejido cardíaco con amiloidosis cardíaca, una enfermedad altamente letal que afecta a más de 12.000 pacientes sólo en los EE. UU.
"En la práctica actual, el tejido cardíaco sometido a una biopsia primero se congela y se corta en rodajas finas, luego se tiñe con un tinte de color rojo y se inspecciona bajo un microscopio de polarización cruzada", comenta el Dr. Xu. "En nuestras mediciones, la estructura de la reconstrucción de anisotropía estaba altamente correlacionada con la imagen polarizada cruzada teñida de color que representa las características de la amiloidosis. Por lo tanto, el enfoque propuesto puede ser potencialmente útil para inspecciones rápidas in situ en el futuro". P>
En general, T 2 oFu parece ser una técnica poderosa y práctica que podría hacer que la polarización y las imágenes de fase sean más accesibles. Se espera que futuras mejoras hagan que esta herramienta esté disponible para más científicos y médicos, iluminando el camino hacia mejores diagnósticos y una comprensión más profunda de nuestros cuerpos.
Más información: Shiqi Xu et al, Pticografía tomográfica tensorial de Fourier con aplicaciones a la obtención de imágenes del tejido muscular, Fotónica avanzada (2024). DOI:10.1117/1.AP.6.2.026004
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