Microscopia fotoacústica de resolução óptica (OR-PAM), uma nova técnica de imagem híbrida, nos permite ouvir o som da luz e ver a cor do próprio tecido biológico. Pode ser usado ao vivo, imagem funcional multicontraste, mas a escolha limitada de comprimento de onda da maioria dos lasers comerciais e as limitações dos métodos de varredura existentes significam que o OR-PAM pode obter apenas um ou dois tipos diferentes de contraste em uma única varredura. Essas limitações tornaram a imagem funcional multicontraste demorada, e tem sido difícil capturar as mudanças dinâmicas da informação funcional em tecidos biológicos.

Para superar essas limitações, Lidai Wang e sua equipe de pesquisa na City University de Hong Kong desenvolveram recentemente um sistema OR-PAM de comprimento de onda múltiplo baseado em uma única fonte de laser. Conforme relatado em Fotônica Avançada , o novo sistema permite imagens multicontrast simultâneas da concentração de hemoglobina, velocidade do fluxo sanguíneo, saturação de oxigênio no sangue, e concentração linfática. Esta informação funcional pode fornecer insights subcelulares significativos para cientistas que estudam modelos de doenças, por exemplo, na pesquisa do câncer.

Microscopia fotoacústica de resolução óptica

Com base nas propriedades de absorção intrínseca do tecido biológico alvo, a imagem fotoacústica aproveita o fato de que, quando o tecido é direcionado por um feixe de laser pulsado, ele absorve a luz e gera calor instantâneo. Esse calor causa expansão térmica, que gera uma onda ultrassônica mecânica, conhecida como onda fotoacústica (PA). Depois de coletar a onda PA por transdutor ultrassônico e reconstruir o sinal, os cientistas podem adquirir uma imagem que mostre a distribuição da absorção de luz no tecido biológico.

A microscopia fotoacústica de resolução óptica fornece informações de imagem de alta resolução e alto contraste para a estrutura, morfologia, função, e metabolismo de tecidos biológicos, com perspectivas para amplas aplicações em imagens biomoleculares.

Fonte de laser de fibra de cinco comprimentos de onda

A equipe de Wang aprimorou o OR-PAM desenvolvendo uma fonte de laser de fibra de cinco comprimentos de onda com base em uma fonte de laser de nanossegundos de comprimento de onda único. O tempo de comutação entre diferentes comprimentos de onda acontece em uma escala de tempo de submicrossegundos, que abre possibilidades para OR-PAM multifuncional simultâneo. A equipe de Wang validou a estabilidade do sistema medindo a flutuação e deriva de energia, e testou a profundidade da imagem, bem como a resolução lateral e axial para imagens OR-PAM.

De acordo com Wang, o sistema é baseado no efeito de espalhamento Raman estimulado (SRS). Basicamente, a fonte de laser bombeado pode gerar um feixe de laser espalhado com um comprimento de onda maior do que o feixe incidente original através da fibra óptica. Quando a energia da fonte de laser bombeada excede um certo limite, o comprimento de onda SRS gerado mantém alta diretividade, alta monocromaticidade, e alta coerência, o que o torna muito adequado como fonte de laser de OR-PAM. Os vários comprimentos de onda espalhados podem ser usados ​​para imagens fotoacústicas multicontrast.

Imagem multifuncional e modelagem de doenças

A equipe de Wang também desenvolveu um método de processamento de imagem multiparâmetros para calcular o diâmetro, profundidade, tortuosidade, e outros parâmetros fisiológicos em vasos microvasculares, fornecer uma base de análise de imagem para modelar doenças. Usando o OR-PAM de cinco comprimentos de onda, a equipe de pesquisa realizou imagens multifuncionais do desenvolvimento do tumor, depuração linfática, e imagens cerebrais.

Em sua primeira etapa, eles realizaram imagens microscópicas multifuncionais de pequenos animais in vivo, incluindo a concentração de hemoglobina, velocidade do fluxo sanguíneo, saturação de oxigênio, e concentração linfática. Eles também analisaram diferenças morfológicas e funcionais (incluindo diâmetro, fluxo sanguíneo, nível de oxigênio no sangue, etc.) de diferentes vasos sanguíneos na área de imagem.

Uma vez que o tradicional OR-PAM multifuncional requer múltiplas digitalizações e múltiplas fontes de laser para alcançar tais resultados, seu trabalho abordou dois problemas significativos. Uma é que o microambiente dos vasos sanguíneos no tecido muda com o tempo, portanto, a varredura múltipla de longo prazo causa inconsistências na imagem funcional. A outra é a assincronia entre as diferentes fontes de laser. Essas flutuações causam erros sistemáticos de cálculo. Este novo método pode realizar imagens multifuncionais com uma única fonte de laser e em uma única varredura, o que não apenas reduz muito o tempo de imagem, mas também melhora a precisão da imagem.

Wang comenta, "No futuro, otimizando o método de digitalização, e combinando com o multi comprimento de onda OR-PAM neste trabalho, imagens em tempo real das mudanças dinâmicas dos parâmetros fisiológicos em alguns modelos de doenças podem ser realizadas. "