A tomografia computadorizada fotoacústica (PACT) é uma técnica de imagem híbrida não invasiva que excita os tecidos biológicos com luz e detecta o ultrassom gerado subsequentemente para formar imagens. O PACT combina as vantagens de ambas as imagens ópticas - alto contraste óptico, e imagem ultrassônica - alta resolução e penetração profunda em tecidos biológicos. PACT tem sido amplamente utilizado para mapeamento de rede vascular, imagem cerebral funcional, e detecção de tumor em tecidos profundos.

Contudo, detectando ondas ultrassônicas, O PACT não pode escapar da desgraça enfrentada por todas as técnicas de imagem baseadas em ondas:a difração de ondas apresenta um limite fundamental em sua resolução espacial. Devido à difração ultrassônica, uma fonte de ponto absorvente é espalhada como um disco (função de espalhamento de ponto) em sua imagem, que tem um tamanho comparável ao comprimento de onda do ultrassom. Portanto, estruturas em tecidos são borradas por este disco e borradas, e quaisquer recursos separados por uma distância menor que o comprimento de onda do ultrassom não podem ser resolvidos. Embora uma resolução mais fina possa ser alcançada pela detecção de ultrassom com comprimentos de onda mais curtos, a atenuação do ultrassom nos tecidos se torna mais forte de acordo, limitar a penetração.

Recentemente, pesquisadores do Caltech Optical Imaging Laboratory, dirigido por Lihong Wang, desenvolveu uma técnica para PACT de super-resolução in vivo. Ele quebra o limite de difração acústica ao localizar os centros de gotículas tingidas que fluem nos vasos sanguíneos. Esta técnica resolve os vasos sanguíneos do cérebro em uma resolução seis vezes mais fina. A pesquisa foi publicada em Luz:Ciência e Aplicações .

Os pesquisadores fabricaram gotículas de óleo em água 'fotoacusticamente brilhantes' usando uma solução de um corante hidrofóbico, nomeadamente, Iodeto IR-780 em óleo. Os tamanhos das gotas variam de 4 a 30 mícrons, que são muito menores do que os comprimentos de onda do ultrassom detectado, tornando-os excelentes fontes de pontos fotoacústicos. Aproveitando seus pequenos tamanhos, conformidade líquida, e alto 'brilho' fotoacústico, uma vez injetado na corrente sanguínea, as gotículas fluem suavemente nos capilares sanguíneos e fornecem excelentes traçadores para imagens de super-resolução baseadas em localização.

Ao injetar as gotículas em vasos cerebrais de camundongos vivos, os pesquisadores alcançaram o PACT de super-resolução em três etapas. O primeiro passo é criar a imagem de gotículas tingidas individualmente com disparos de laser individuais. O tempo de aquisição de dados de PACT (~ 50 μs) é tão curto que as gotículas de fluxo ficam quase congeladas em cada quadro. O número de gotículas injetadas foi controlado de modo que as gotículas sejam separadas por mais da metade de um comprimento de onda acústica, o que garantiu que a imagem de cada um (o disco) não se sobreponha às de seus vizinhos.

A segunda etapa é determinar a posição exata de cada gota, encontrando o centro de sua função de espalhamento pontual. Como as gotículas são bem separadas, seus centros podem ser localizados com precisões muito menores do que o comprimento de onda do ultrassom. Aproveitando o fluxo de gotículas, gotículas em vasos estreitamente separados podem ser espacialmente resolvidas, desde que não apareçam no mesmo quadro de imagem.

A etapa final é repetir os processos de imagem e localização até que uma densidade suficiente de pontos de origem tenha sido obtida. Os pesquisadores adquiriram continuamente 36, 000 quadros de imagem e localizados em um total de 220, 000 gotas. Ao marcar as posições de todas essas fontes pontuais em uma imagem, uma imagem super-resolvida pode ser construída, que representa uma rede vascular mais bem resolvida, uma vez que as gotículas estão confinadas dentro dos vasos. A resolução espacial desta imagem excede o limite de difração, porque é determinado pela precisão com a qual a posição de cada gota pode ser estimada. Além do aprimoramento da resolução, rastrear as gotas que fluem também permitiu aos pesquisadores caracterizar a velocidade do fluxo sanguíneo no cérebro profundo de ratos vivos.

O PACT de super-resolução da microvasculatura tem uma perspectiva empolgante. A técnica tem o potencial de avançar substancialmente no estudo da função normal dos vasos sanguíneos, assim como doenças, como a angiogênese em tumores em tecidos profundos.