Os pesquisadores desenvolveram um método de imagem de alta resolução exclusivo que pode capturar imagens espectrais no infravermelho médio de eventos rápidos ou processos dinâmicos que ocorrem na ordem de milissegundos. Essa faixa espectral é usada para muitas aplicações porque pode revelar a composição química detalhada de uma amostra.
"Essa nova abordagem poderia um dia ser usada para pré-examinar biópsias médicas para identificar aquelas que precisam de um exame mais detalhado, "disse Peter Tidemand-Lichtenberg, membro da equipe de pesquisa da DTU Fotonik na Dinamarca. "Ele poderia ser usado para procurar as assinaturas químicas do câncer e de outras doenças de forma a aumentar a precisão e a velocidade dos diagnósticos."
Um grupo multi-institucional de pesquisadores descreve a nova abordagem de imagem em Optica , O jornal da Optical Society (OSA) para pesquisas de alto impacto. Eles também demonstram algumas das aplicações potenciais da técnica por meio da imagem de um fluxo de gás e da distinção entre amostras cancerosas e normais de tecido esofágico.
"Embora a espectroscopia de infravermelho médio seja reconhecida como uma ferramenta poderosa para análise química, sua aplicabilidade foi prejudicada pela falta de fontes de luz acessíveis e detectores sensíveis, "disse Tidemand-Lichtenberg." Para superar essa barreira, usamos uma abordagem que traduz as informações da região do infravermelho médio, onde as assinaturas químicas são mais distintas, para o infravermelho próximo, onde a tecnologia de câmera de hoje é mais madura e sensível. "
Espectroscopia prática de infravermelho médio
Os pesquisadores se basearam em um processo conhecido como conversão de frequência não linear, no qual energia é adicionada a um fóton para alterar seu comprimento de onda, e, portanto, sua cor. Embora a conversão de frequência, ou upconversion, é frequentemente usado para alterar o comprimento de onda da saída de um laser, os pesquisadores da DTU Fotonik desenvolveram um sistema de detecção que poderia mudar uma imagem inteira de infravermelho médio para a faixa de comprimento de onda do infravermelho próximo, preservando todas as informações espaciais.
O sistema incorpora uma nova fonte de luz infravermelha média desenvolvida por colaboradores do Instituto de Ciências Fotônicas (ICFO). Esta fonte de luz de comprimento de onda único pode ser sintonizada para diferentes comprimentos de onda e também usa conversão de frequência para gerar a luz infravermelha média. Na verdade, os pesquisadores usaram o mesmo laser infravermelho pulsado para duas coisas:para gerar a luz infravermelha média ajustável e para obter a conversão ascendente da imagem.
"Esta abordagem produz pulsos de alta potência de pico em sincronismo perfeito, eliminando a necessidade de controle temporal sofisticado dos pulsos, levando a imagens com uma boa relação sinal-ruído, "explicou Tidemand-Lichtenberg." Além disso, nossa configuração ótica é projetada de uma forma que requer muito pouco pós-processamento depois que as imagens são adquiridas. "
Eventos rápidos de geração de imagens e amostras complexas
Os pesquisadores demonstraram a velocidade de imagem de sua nova abordagem de espectroscopia de conversão ascendente no infravermelho médio, ajustando o laser de iluminação para corresponder ao pico de absorção de um fluxo de gás e adquirindo um vídeo com 40 imagens por segundo.
Eles também realizaram um estudo piloto, liderado pelos membros da equipe da Exeter University, no qual o sistema foi usado para avaliar amostras de tecido esofágico cancerígeno e saudável. Eles descobriram que a morfologia e a classificação espectral usando seu sistema combinavam bem com as imagens histopatológicas coradas padrão.
"Nossa abordagem de upconversion de imagem é genérica e constitui uma grande simplificação na realização da taxa de quadros de vídeo, imagem monocromática de infravermelho médio, "disse Tidemand-Lichtenberg.
"As informações espectrais fornecidas por esta técnica podem ser combinadas com o aprendizado de máquina para permitir mais rapidez, e possivelmente mais objetivo, diagnósticos médicos baseados em assinaturas químicas sem a necessidade de coloração. "
