Os pesquisadores demonstraram que uma tecnologia de detecção emprestada da óptica quântica pode ser usada para realizar a tomografia de coerência óptica (OCT) com uma potência de luz muito menor do que anteriormente possível. Isso poderia melhorar muito a qualidade de imagem disponível na OCT usada para aplicações de imagens médicas.

O OCT usa luz para fornecer imagens 3D de alta resolução de maneira não invasiva. Embora seja comumente usado para aplicações oftalmológicas, A OCT também pode ser usada para obter imagens de muitas outras partes do corpo, como a pele e dentro das orelhas, boca, artérias e trato gastrointestinal.

"Para aplicações clínicas, ser capaz de realizar OCT com baixa potência de luz é crucial porque os padrões de segurança limitam os níveis de intensidade de luz que podem ser usados, "disse a líder da equipe de pesquisa Sylwia Kolenderska, da Universidade de Auckland, na Nova Zelândia." Em alguns casos, esses níveis de potência não são altos o suficiente para alcançar uma boa qualidade de imagem. "

No jornal The Optical Society (OSA) Cartas de Óptica , os pesquisadores descrevem como substituíram os detectores OCT padrão por detectores supercondutores de fóton único (SSPDs), uma tecnologia usada em óptica quântica para distinguir fótons individuais. Essa configuração permitiu que eles obtivessem boa qualidade de imagem com níveis de potência até 1 milhão de vezes mais baixos do que os usados ​​atualmente em instrumentos de OCT.

"No futuro, se a tecnologia de detecção de fóton único pudesse ser muito menor e mais barata, uma linha de máquinas de diagnóstico portáteis com base em imagens baseadas em luz pode ser criada para fins de autodiagnóstico seguro no conforto da casa, "disse Kolenderska.

Capturando fótons individuais

Os pesquisadores criaram um novo esquema de detecção enquanto desenvolviam um método OCT baseado na luz quântica para o qual os SSPDs eram centrais. Eles logo perceberam que os SSPDs também poderiam ser usados ​​em um arranjo OCT padrão para aumentar a sensibilidade.

"Como os SSPDs podem detectar fótons únicos, um instrumento de OCT que os usa requer apenas uma pequena quantidade de luz em comparação com o que é usado atualmente em máquinas de OCT modernas, "disse Kolenderska." Ainda, ele ainda produz imagens de alto nível de detalhes que são comparáveis ​​aos sistemas OCT existentes. "

A incorporação de SSPDs em um sistema OCT padrão exigia algumas alterações na configuração óptica típica. Os instrumentos modernos de OCT funcionam discernindo as cores, ou comprimentos de onda, de luz refletida de um objeto. Esta discriminação de comprimento de onda pode ser realizada usando um único detector de pixel enquanto a fonte de luz produz um comprimento de onda por vez ou pode ser feita com uma grade de difração que divide a luz em diferentes comprimentos de onda, como um prisma e uma câmera que detecta esses comprimentos de onda.

Os pesquisadores usaram uma fibra em vez de uma grade para separar cores diferentes, cada um viaja em velocidades diferentes ao longo da fibra. Na extremidade de saída da fibra, eles usaram o SSPD para capturar as diferentes cores à medida que chegam em momentos diferentes. Isso permitiu que o espectro de luz fosse adquirido para reconstruir as imagens de OCT.

A luz de baixo consumo produz imagens de alta qualidade

Para demonstrar o novo esquema de detecção, os pesquisadores adquiriram imagens de OCT de uma pilha de três tipos de vidro e um pedaço de cebola, que representou uma amostra biológica. Eles obtiveram imagens de boa qualidade de ambas as amostras em níveis de intensidade de luz pelo menos cinco ordens de magnitude inferiores aos estabelecidos pelos padrões de segurança.

"Nossos resultados mostram que a nova abordagem de detecção pode permitir imagens de OCT de qualidade de diferentes partes do corpo, órgãos especialmente sensíveis, como os olhos, sem se preocupar em ir acima dos níveis de segurança em termos de potência de luz, "disse Kolenderska." Na verdade, o SSPD seria danificado além do reparo muito antes que 1% do nível de segurança fosse alcançado. "

Os pesquisadores fizeram, Contudo, observe artefatos - elementos que não correspondem à estrutura da amostra - nas imagens de OCT que eles adquiriram. Eles aparecem porque o sistema de detecção detecta todos os tipos de interações entre fótons, não apenas aqueles necessários para reconstruir uma imagem real. Eles estão experimentando para encontrar a melhor maneira de evitar esses artefatos sem comprometer a velocidade da imagem, que seria importante manter para aplicações clínicas.