Um novo método de detecção para tomografia de coerência óptica (OCT) consegue imagens de alta qualidade em baixa intensidade de luz. O novo método OCT foi desenvolvido por um grupo de pesquisadores da Universidade de Auckland, na Nova Zelândia, e da Universidade Nicolaus Copernicus, na Polônia. Emprestando ideias para seu mecanismo de detecção da óptica quântica, eles descrevem em Cartas de Óptica como o método pode produzir resultados comparáveis aos sistemas OCT padrão em níveis de intensidade de luz muito baixos (cerca de 10 pW).
OCT é uma técnica de imagem médica amplamente usada que pode obter imagens transversais de materiais semitranslúcidos de forma não invasiva. Tem aplicações em diversas disciplinas médicas, incluindo oftalmologia, cardiologia e dermatologia, onde sua resolução permite a visualização de detalhes microscópicos. Ele funciona iluminando o tecido com luz visível ou infravermelha de largura de banda larga. Esta luz é espalhada e refletida pelo meio biológico e então capturada e avaliada usando um detector espectroscópico.
A OCT pode fornecer imagens da morfologia do tecido com resolução de 1 µm e agora é uma parte comum dos exames oftalmológicos de rotina, onde um oftalmologista pode recomendar o exame para inspecionar as camadas distintas da retina e descartar glaucoma ou doenças retinais.
Em um ambiente clínico, o OCT é limitado pelos níveis de intensidade permitidos. Por exemplo, os níveis de segurança impostos para imagens do olho são 1,7 e 5 mW, em comprimentos de onda de 800 e 1060 nm, respectivamente, restrições que às vezes podem afetar a fidelidade das imagens obtidas. Uma equipe liderada por Sylwia Kolenderska contornou essa limitação usando um detector supercondutor de fóton único (SSPD) em vez do detector OCT padrão – uma ideia inspirada pela óptica quântica, onde SSPDs são usados para estudar várias propriedades de fótons únicos.
Um fóton de cada vez …
Liderando o caminho para sistemas OCT de alta fidelidade e baixa potência, a equipe teve a ideia de usar um SSPD enquanto pesquisava novos esquemas de detecção de OCT. Como esses sensores podem detectar fótons únicos, a configuração proposta usa uma quantidade muito menor de luz do que um sistema OCT padrão. Na verdade, a potência necessária é algumas ordens de magnitude menor do que as contrapartes disponíveis clinicamente.
Para fazer o novo esquema de detecção funcionar, a equipe teve que fazer algumas alterações na configuração óptica original, o que requer uma forma de discernir os diferentes comprimentos de onda da luz refletida do objeto de imagem. Como eles agora estavam trabalhando em um regime de detecção de fóton único, os pesquisadores decidiram acoplar o SSPD a um carretel de fibra longa (5 km) que induz um atraso de tempo dependente do comprimento de onda. Em outras palavras, diferentes comprimentos de onda de luz viajarão em diferentes velocidades por essa fibra, permitindo que o SSPD capture o espectro de luz.
Produz imagens de alta qualidade
A equipe testou a nova configuração de OCT usando uma fonte de luz pulsada de 1550 nm para gerar imagens de dois objetos: uma pilha de diferentes tipos de vidro e uma fatia de cebola. A pilha de vidro era composta por três camadas: quartzo (50 µm de espessura), safira (460 µm de espessura) e vidro BK7 (500 µm de espessura), e foi usada como um teste controlado para entender quão bem as diferentes camadas podem ser discernidas . A fatia de cebola foi usada como amostra biológica. Ambos os experimentos resultaram em imagens de boa qualidade, comparáveis às imagens obtidas por sistemas OCT padrão, mas usando níveis de intensidade cinco ordens de magnitude menores.
Os pesquisadores ressaltam que observaram artefatos nas imagens reconstruídas. São recursos de imagem indesejados que, neste caso, aparecem porque o sistema de detecção está registrando todos os tipos de interações entre fótons dentro da amostra. Algoritmos de remoção de artefatos podem ser usados para limpar as imagens e são simples de usar quando o objeto de imagem tem uma estrutura bem definida, como a pilha de vidro. Esses artefatos se tornam mais problemáticos quando se trata de amostras biológicas, onde a estrutura é altamente heterogênea e complicada.
Publicado em 12/08/2020 06h51
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