Nova técnica de microscopia fotoacústica atinge profundidade de campo quase 14 vezes maior que a tecnologia anterior

A microscopia fotoacústica (PAM) é uma técnica de imagem relativamente nova que usa luz laser para induzir vibrações ultrassônicas no tecido. Essas vibrações ultrassônicas, juntamente com um computador que as processa, podem então ser usadas para criar uma imagem das estruturas do tecido da mesma forma que a imagem ultrassônica funciona.

Nos últimos anos, Lihong Wang, Bren Professor de Engenharia Médica e Engenharia Elétrica da Caltech, desenvolveu tecnologias PAM que podem gerar imagens do fluxo sanguíneo no cérebro, detectar tecidos cancerígenos e até mesmo identificar células cancerígenas individuais.

No entanto, uma limitação do PAM de alta resolução (ou seja, resolução óptica) tem sido sua estreita profundidade de campo, o que significa que ele só pode se concentrar em um camada fina (aproximadamente 30 micrômetros, ou aproximadamente o comprimento de uma célula da pele, com um a dois micrômetros de resolução) de tecido por vez. Para ver algo acima ou abaixo do plano que o dispositivo está visualizando, ele precisa focar novamente acima ou abaixo desse plano. Para comparação, imagine uma pessoa colocando óculos de leitura para fazer palavras cruzadas.

Em um novo artigo na revista Fotônica da Natureza, Wang e sua equipe de pesquisa mostram como desenvolveram uma nova variante do PAM chamada microscopia fotoacústica de feixe em forma de agulha, ou NB-PAM, que tem uma profundidade de campo quase 14 vezes maior do que era possível antes. Isso significa que o NB-PAM pode criar imagens 3D de amostras sem refocalizar e melhores amostras de imagens com superfícies irregulares.

“Algumas aplicações, como estudar amostras de tecido sem a necessidade de usar uma lâmina de microscópio, exigem imagens de superfícies irregulares em alta resolução espacial“, diz Rui Cao, principal autor e pesquisador associado de pós-doutorado em engenharia médica. “O PAM convencional lida com o compromisso entre resolução e profundidade de campo, que foi superado por nossa nova tecnologia.”

O NB-PAM melhora sua profundidade de campo em relação às tecnologias PAM relacionadas usando um feixe de luz laser que é mais longo e mais fino, portanto, “em forma de agulha”. Essa mudança nas características ópticas do feixe evita algumas das desvantagens associadas a outras tentativas de aumentar a profundidade de campo da tecnologia PAM, como trabalhar mais lentamente ou exigir mais poder de processamento do computador.

Este feixe em forma de agulha é criado usando um item especializado conhecido como elemento óptico difrativo (DOE). Para o observador casual, um DOE parece uma pequena folha de vidro, mas na verdade é um pedaço de sílica fundida com padrões precisos gravados em sua superfície. Esses padrões remodelam o feixe de luz que é usado para a geração de imagens, de modo que ele não se concentre mais em um ponto agudo ao longo do eixo de propagação, mas sim em um pescoço longo e fino. Conseqüentemente, é capaz de criar imagens claras de objetos em uma gama maior de profundidades.

Essa maior profundidade de campo foi demonstrada pelos pesquisadores de duas maneiras: imagens de amostras de órgãos frescos usando um laser ultravioleta e imagens in vivo da vasculatura cerebral de camundongos usando um laser azul.

“Esta tecnologia oferece novas oportunidades para o estudo de amostras de tecido durante a cirurgia, o que permitiria a remoção completa das células cancerígenas e a preservação máxima das normais”, disse Wang, que também é o presidente de liderança em engenharia médica de Andrew e Peggy Cherng; Diretor Executivo de Engenharia Médica. “A tradução para a sala de cirurgia é um futuro caminho natural de pesquisa.”

O artigo descrevendo o NB-PAM, intitulado “Microscopia fotoacústica de resolução óptica com feixe em forma de agulha” aparece na edição de 1º de dezembro da Fotônica da Natureza.