Os pesquisadores desenvolveram uma versão aprimorada da tomografia de coerência óptica (OCT) que pode obter imagens de amostras biomédicas com maior contraste e resolução em um campo de visão 3D mais amplo do que era possível anteriormente. O novo microscópio 3D pode ser útil para pesquisas biomédicas e, eventualmente, permitir imagens de diagnóstico médico mais precisas.
Em Óptica No jornal, os pesquisadores da Duke University descrevem a nova técnica, que eles chamam de tomografia de refração de coerência óptica 3D (3D OCRT). Usando várias amostras biológicas, eles mostram que o OCRT 3D produz imagens altamente detalhadas que revelam características difíceis de observar com o OCT tradicional.

A OCT usa luz para fornecer imagens 3D de alta resolução sem a necessidade de agentes de contraste ou rótulos. Embora seja comumente usado para aplicações de oftalmologia, o método de imagem também pode ser usado para criar imagens de muitas outras partes do corpo, como a pele e dentro das orelhas, boca, artérias e trato gastrointestinal.

"OCT é uma técnica de imagem volumétrica amplamente utilizada em oftalmologia e outros ramos da medicina", disse o primeiro autor Kevin C. Zhou. "Desenvolvemos uma extensão nova e empolgante, com um novo hardware combinado com um novo algoritmo computacional de reconstrução de imagem 3D para resolver algumas limitações conhecidas da técnica de imagem".

"Prevemos que essa abordagem seja aplicada em uma ampla variedade de aplicações de imagens biomédicas, como in vivo diagnóstico por imagem do olho humano ou da pele", disse o co-líder da equipe de pesquisa Joseph A. Izatt. corpo."

Ver mais com a OCT

Embora a OCT tenha se mostrado útil tanto em aplicações clínicas quanto em pesquisas biomédicas, é difícil adquirir imagens de OCT de alta resolução em um amplo campo de visão em todas as direções simultaneamente devido às limitações fundamentais impostas pela propagação do feixe óptico. Outro desafio é que as imagens de OCT contêm altos níveis de ruído aleatório, chamado speckle, que pode obscurecer detalhes biomédicos importantes.

Para resolver essas limitações, os pesquisadores usaram um design óptico que incorporou um espelho parabólico. Esse tipo de espelho é comumente encontrado em aplicações que não são de imagem, como lanternas, onde envolve a lâmpada para direcionar a luz em uma direção. Os pesquisadores usaram uma configuração óptica em que a luz era enviada na outra direção, com a amostra colocada onde a lâmpada estaria em uma lanterna.

Esse design tornou possível a imagem da amostra de várias visualizações em uma ampla variedade de ângulos. Eles desenvolveram um algoritmo sofisticado para combinar as visualizações em uma única imagem 3D de alta qualidade que corrige distorções, ruídos e outras imperfeições.

"O trabalho publicado na Optica estende nossa pesquisa anterior superando desafios significativos de engenharia, tanto em hardware quanto em software, para permitir que o OCRT funcione em 3D e o torne mais amplamente aplicável", disse a co-líder da equipe de pesquisa Sina Farsiu. "Porque nosso sistema gera dezenas a centenas de gigabytes de dados, tivemos que desenvolver um novo algoritmo baseado em ferramentas computacionais modernas que amadureceram recentemente na comunidade de aprendizado de máquina."

Tendo uma visão mais ampla

Os pesquisadores demonstraram a versatilidade e ampla aplicabilidade do método usando-o para criar imagens de várias amostras biológicas, incluindo um peixe-zebra e uma mosca da fruta, que são importantes organismos modelo para estudos comportamentais, de desenvolvimento e neurobiológicos. Eles também criaram imagens de amostras de tecido de camundongos da traqueia e do esôfago para demonstrar o potencial para diagnóstico médico por imagem. Com 3D OCRT, eles adquiriram campos de visão 3D de até ±75° sem mover a amostra.

“Além de reduzir artefatos de ruído e corrigir distorções induzidas por amostras, o OCRT é inerentemente capaz de criar computacionalmente contraste de propriedades de tecido que são menos visíveis no OCT tradicional”, disse Zhou. "Por exemplo, mostramos que é sensível a estruturas orientadas, como tecidos semelhantes a fibras".

Os pesquisadores agora estão explorando maneiras de reduzir o sistema e torná-lo mais rápido para imagens ao vivo, aproveitando os desenvolvimentos recentes em tecnologias de sistema OCT mais rápidas e avanços em aprendizado profundo que podem acelerar ou melhorar o processamento de dados. + Explorar mais

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