p Com iogurte e vidro amassado, Pesquisadores da Universidade de Michigan deram um passo em direção ao uso de luz visível para criar imagens de dentro do corpo. Seu método para focar a luz através desses materiais é muito mais rápido e simples do que a abordagem dominante de hoje. p Estruturas densas como osso aparecem claramente em raios-x, mas os tecidos mais macios, como órgãos e tumores, são difíceis de distinguir. Isso porque os raios-x são fortemente desviados pelos ossos, enquanto cortam o tecido mole.

p Luz visível, por outro lado, é desviada por tecidos moles. Até recentemente, isso tornou ver através da pele com a luz visível um obstáculo - embora a luz possa passar, está espalhado em todas as direções. Ao mesmo tempo, a luz visível seria mais segura para imagens diagnósticas do que raios-x de alta energia.

p "A luz entra, atinge uma molécula, bate em outro, bate em outro, faz algo realmente louco, e sai por aqui, "disse Moussa N'Gom, cientista assistente de pesquisa em engenharia elétrica e ciência da computação e primeiro autor em um estudo em Relatórios Científicos isso explica o desafio de prever os caminhos dos raios de luz individuais.

p Ao entender exatamente como um pedaço de pele espalha a luz, os pesquisadores esperam padronizar cuidadosamente os feixes de luz para que se concentrem dentro do corpo - um primeiro passo para enxergá-lo.

p Em seus experimentos, os pesquisadores soletraram "MICHIGAN" com um feixe de luz que brilhou através do iogurte e do vidro triturado. Eles escolheram esses materiais porque eles espalham a luz fortemente e servem como bons modelos para a pele. Sua demonstração, uma reminiscência de escrever um nome com uma lanterna, mostra que eles podem pegar um único, faça uma varredura rápida do material e enfoque-o em vários pontos - como seria necessário para obter imagens de tecido dentro do corpo.

p Uma melhoria na abordagem de hoje

p O campo da imagem de objetos por meio de materiais, de camadas de tinta a cascas de ovo e até crânios de rato, fez grandes avanços na última década. O método "holográfico" típico desembaraça o padrão de espalhamento observando como as ondas de luz interferem umas nas outras - isso fornece informações sobre como os diferentes raios foram atrasados ​​em seu caminho através do material.

p Este método é muito preciso, disse N'Gom, mas é lento. Para acelerar as coisas, os pesquisadores normalmente descobrem o suficiente do padrão de espalhamento para se concentrar em um ponto específico. Para focar em um ponto diferente, o material deve ser digitalizado novamente. Isso retardaria o processo de medição do tamanho ou textura de um tumor, por exemplo.

p "Nosso método é significativamente mais rápido e conveniente porque usamos um único conjunto de medições para gerar todos esses pontos, e não temos que escanear novamente, "N'Gom disse.

p Como é típico para experimentos de focalização através de materiais, os pesquisadores usaram um modulador de luz espacial para produzir padrões de luz. Se você brilhar um laser através de um vidro fosco, entraria em um ponto de um lado, em um ângulo particular, e depois sai do outro lado por muitos pontos, em diferentes direções. Ao combinar uma tela com uma série de espelhos, um modulador de luz espacial pode fazer o inverso, enviando luz para uma superfície em muitos pontos, em muitos ângulos, de modo que esses raios convergem em um ponto do outro lado do material.

p Eles configuraram o modulador de luz espacial para brilhar em centenas de padrões diferentes (461 no total). Mas, em vez de analisar os caminhos de raios de luz individuais emergindo do outro lado, A equipe de N'Gom mediu o brilho - a quantidade de luz que saiu.

p Eles desenvolveram um algoritmo para rastrear os padrões de luz de entrada e medições de brilho de saída, usando as informações para construir uma representação matemática do padrão de espalhamento do material, chamada de matriz de transmissão.

p "Técnicas anteriores, em vez de, usaram as chamadas configurações holográficas complexas para extrair as informações necessárias, "disse Raj Rao Nadakuditi, professor associado de engenharia elétrica e ciência da computação e autor sênior do estudo. "Conseguimos o mesmo por meio de medições simples de brilho e, como resultado, operamos com muito mais rapidez."

p Usando a matriz de transmissão, A equipe de N'Gom conseguiu descobrir exatamente como definir o modulador de luz espacial para obter um ponto brilhante em qualquer ponto do outro lado do vidro moído ou do iogurte.

p No iogurte, havia um limite de tempo para a duração do mapa - apenas alguns minutos. Foi tempo suficiente para N'Gom e seus colegas soletrarem "MICHIGAN" em 157 fotos.

p Primeiras imagens possíveis em cinco anos

p Na pele, as restrições de tempo são muito mais restritas - eles precisariam de um novo mapa a cada milissegundo. Mesmo assim, com eletrônicos de última geração, N'Gom acha que seu algoritmo poderia ser executado tão rápido.

p Outro desafio em ver através da pele é que eles não seriam capazes de posicionar um detector abaixo dela para medir o brilho da luz. Por esta, N'Gom disse que os pesquisadores estão usando ultrassom para detectar aquecimento no tecido-alvo - uma medida de quanta luz está passando.

p Finalmente, com a luz focada dentro, um dispositivo de imagem ainda precisa focalizar a luz que sai da pele. Por esta, eles podiam essencialmente passar o padrão de luz de volta pela matriz de transmissão para deduzir de onde vinha o reflexo.

p Considerando o progresso recente e os estudos em andamento sobre o foco da luz por meio de materiais translúcidos, N'Gom prevê que poderemos ver as primeiras imagens de luz visível obtidas através da pele nos próximos cinco anos.