Imagem fotoacústica, uma técnica para examinar materiais vivos através do uso de luz laser e ondas sonoras ultrassônicas, tem muitas aplicações potenciais na medicina por causa de sua capacidade de mostrar tudo, de órgãos a vasos sanguíneos e tumores.

Lihong Wang da Caltech, um pioneiro no campo, desenvolveu variantes de imagens fotoacústicas que podem mostrar órgãos em movimento em tempo real, desenvolver imagens tridimensionais (3-D) de partes internas do corpo, e até mesmo diferenciar células cancerosas de células saudáveis.

Wang, Bren Professor de Engenharia Médica e Engenharia Elétrica, agora possui tecnologia de imagem fotoacústica avançada com o que ele chama de Topografia Fotoacústica através de um Relé Ergódico (PATER), que visa simplificar os equipamentos necessários para esse tipo de imagem.

Para explicar como funciona o PATER, algumas informações básicas são necessárias. A imagem fotoacústica funciona enviando um pulso de luz laser para o tecido a ser examinado. Quando a luz atinge as moléculas do tecido, faz com que vibrem, criando ondas ultrassônicas que viajam através do tecido até serem captadas por um tipo de sensor chamado transdutor que é pressionado contra a superfície do tecido. Os sinais detectados pelos transdutores são processados ​​por um computador para criar uma imagem da estrutura interna do tecido.

Este sistema funciona, mas para desenvolver uma imagem clara, vários sensores são necessários. Uma iteração da tecnologia usa 512 sensores que todos precisam ser pressionados contra o tecido ao mesmo tempo.

"Cada ponto da superfície deve ser coberto por uma série de transdutores, e isso é meio caro de construir, "Diz Wang." Estamos pensando em como tornar nosso sistema mais barato, e vestível. É difícil fazer uma matriz compacta o suficiente para vestir. "

Tornar o sistema mais barato e compacto significa usar menos sensores, mas isso dificultaria a coleta de dados suficientes para desenvolver uma imagem. Agora, Wang e sua equipe de pesquisa encontraram uma solução alternativa:o chamado relé ergódico.

Na computação, existem duas formas principais de transmitir dados:serial e paralela. Na transmissão serial, os dados são enviados em um único fluxo por meio de um canal de comunicação. Na transmissão paralela, vários pedaços de dados são enviados ao mesmo tempo usando vários canais de comunicação.

Os dois tipos de comunicação são aproximadamente análogos à maneira como as caixas registradoras podem ser usadas em uma loja. A comunicação serial seria como ter uma caixa registradora. Todos ficam na mesma fila e veem o mesmo caixa. A comunicação paralela seria como ter vários registros e uma linha para cada um.

O sistema que Wang projetou com 512 sensores é semelhante ao de uma loja com muitas caixas registradoras. Todos os sensores estão trabalhando ao mesmo tempo, com cada um recebendo parte dos dados sobre as vibrações ultrassônicas geradas pelo pulso de laser.

Uma vez que as vibrações ultrassônicas do sistema vêm em uma curta explosão, um único sensor ficaria sobrecarregado se fosse usado para tentar coletar todos os dados naquele curto período de tempo. É aí que entra o relé ergódico.

Como Wang descreve, um relé ergódico é uma espécie de câmara em torno da qual o som pode ecoar. Quando as vibrações ultrassônicas passam pelo relé ergódico, eles estão estendidos no tempo. Para voltar à metáfora da caixa registradora, seria como ter outro funcionário auxiliando o único caixa, dizendo aos clientes para caminharem algumas voltas pela loja até que o caixa esteja pronto para vê-los, para que o caixa não fique sobrecarregado.

Wang diz que esta primeira versão do sistema PATER é capaz de gerar imagens 2-D, mas ainda não pode gerar imagens 3-D como alguns de seus outros sistemas fotoacústicos. Ele acrescenta que o sistema, quando maduro, também pode ser útil para outros fins médicos, além de apenas imagens de tecidos e estruturas corporais.

"Poderíamos talvez usá-lo para detectar os níveis de glicose de pacientes diabéticos, se usarmos o comprimento de onda da luz absorvida pela glicose, "ele diz." Talvez pudéssemos executar painéis de lipídios? Podemos sentir todos os tipos de produtos químicos se sintonizarmos o sistema para essas moléculas. "

O artigo que descreve a tecnologia, intitulado "Topografia fotoacústica instantânea por meio de um relé ergódico para imagens de alta capacidade de absorção óptica, "aparece na edição de 20 de janeiro da Nature Photonics .