Los investigadores han desarrollado una nueva forma de crear de forma flexible diferentes láseres en forma de aguja. Estos haces largos y estrechos se pueden utilizar para mejorar la tomografía de coherencia óptica (OCT), una herramienta de imagen no invasiva y versátil que se utiliza para la investigación científica y varios tipos de diagnósticos clínicos.

en forma de aguja Láseres Puede expandir efectivamente la profundidad de enfoque del sistema OCT, mejorar la resolución lateral, la relación señal-ruido, el contraste y calidad de imagen «A largo plazo», dijo el investigador principal, Adam de la Zerda, de la Facultad de Medicina de la Universidad de Stanford. Sin embargo, antes de ahora, la implementación de un haz específico en forma de aguja era difícil debido a la falta de un método de generación común y flexible. «

en ópticaEn este artículo, los investigadores describen su nueva plataforma para crear vigas en forma de aguja de varias longitudes y diámetros. Se puede utilizar para crear diferentes tipos de haces, como aquellos con un campo extremadamente largo o más pequeños que el límite de difracción de la luz, por ejemplo.

Los haces en forma de aguja creados de esta manera pueden beneficiarse de una variedad de aplicaciones de OCT. Por ejemplo, el uso de un haz largo y angosto puede permitir imágenes OCT de alta resolución de la retina sin ningún enfoque dinámico, lo que hace que el proceso sea más rápido y, por lo tanto, más cómodo para los pacientes. También puede expandir la profundidad de enfoque para la endoscopia OCT, mejorando la precisión del diagnóstico.

«La capacidad de imágenes rápidas de alta resolución de los haces en forma de aguja también puede eliminar los efectos negativos causados ​​por los movimientos humanos durante la adquisición de imágenes», dijo Jingjing Zhao, primer autor del artículo. «Esto puede ayudar a identificar el cáncer de piel y otros problemas de la piel con OCT».

solución flexible

Como herramienta de imagen no invasiva, la OCT presenta una resolución axial constante a lo largo de la profundidad de la imagen. Sin embargo, la resolución axial, que está determinada por la fuente de luz, tiene una profundidad de foco muy pequeña. Para abordar este problema, los instrumentos OCT a menudo se fabrican de modo que el foco se pueda mover a lo largo de la profundidad para capturar imágenes claras de toda la región de interés. Sin embargo, este enfoque dinámico puede hacer que la imagen sea más lenta y no funcione bien para aplicaciones en las que la muestra no es estática.

La OCT suele utilizar una lente objetivo que genera un único punto focal con una profundidad de enfoque focal corta y corta. Para aumentar la profundidad de enfoque, los investigadores utilizaron un elemento bioóptico conocido como máscara de fase que utiliza microestructuras para crear diferentes patrones de luz que conducen a muchos puntos focales a lo largo de la dirección axial. Diseñaron la máscara de fase con grupos de píxeles distribuidos aleatoriamente y con un patrón especial para crear un nuevo foco que es diferente del original. La máscara de fase completa se puede usar para crear focos densamente espaciados en la dirección axial, formando un haz en forma de aguja con una profundidad de foco larga.

“La flexibilidad es la principal ventaja de este nuevo enfoque”, dijo Zhao. «La longitud y el diámetro del haz se pueden cambiar de manera flexible y precisa ajustando las ubicaciones de los focos y la diferencia de fase entre cada dos focos adyacentes». Esta flexibilidad es posible gracias a un modelo aritmético Los investigadores desarrollaron para revelar la relación entre las características del haz y los parámetros de diseño multifocal de manera precisa y cuantitativa. También desarrollaron un procedimiento de fabricación de alto rendimiento para fabricar elementos ópticos refractivos basados ​​en cálculos de modelos.

Elige el haz adecuado

Para probar su modelo, los investigadores crearon formas radiales adecuadas para obtener imágenes de varios tipos diferentes de muestras. Por ejemplo, para obtener imágenes de células individuales dentro de una capa completa de epidermis humana, crearon un haz en forma de aguja con un diámetro inferior a 2 μm (resolución celular) y al menos 80 μm de largo (grosor epidérmico). También pudieron capturar imágenes dinámicas de alta resolución de un corazón que late en una larva viva de Drosophila, un organismo modelo importante para estudiar enfermedades cardíacas. Esto requiere un haz de 700 μm de longitud y 8 μm de diámetro para visualizar la estructura del órgano en un amplio rango de profundidad.

Los investigadores ahora están trabajando para mejorar el enfoque al reemplazar el elemento óptico difractivo y el objetivo que se usa actualmente para hacer un haz en forma de aguja con un solo metal plano basado en su modelo. Estos metales podrían colocarse en el cráneo de un ratón para monitorear la dinámica de las neuronas dentro del cerebro del ratón en tiempo real, por ejemplo.

El nuevo trabajo también podría encontrar aplicaciones más allá de la optimización de OCT. «Los haces en forma de aguja se pueden usar para mejorar la precisión de todos los sistemas de microscopía, incluida la manipulación de partículas con pinzas ópticas, la manipulación de materiales, la microscopía confocal, la microscopía multifotónica, la litografía óptica y la tomografía acústica», dijo Zhao. «Nuestro modelo también se puede aplicar a ondas electromagnéticas para imágenes de terahercios e incluso ondas mecánicas utilizadas en imágenes de ultrasonido».