Tomografia sensível à polarização facilitada com a pticografia tomográfica tensorial de Fourier
Embora a configuração de imagem proposta seja barata e simples de configurar, as reconstruções tomográficas de amostras de tecido correspondem aos resultados de técnicas de tomografia mais complexas e bem estabelecidas, mostrando seu potencial para pesquisa médica. Crédito:Xu et al., doi 10.1117/1.AP.6.2.026004. No domínio da imagem médica, existem algumas técnicas diferentes para extrair informações do tecido biológico com base nas suas diferentes interações com a luz visível. Na última década, houve um grande aumento na pesquisa com foco em imagens quantitativas de fase, que envolve capturar e analisar como a fase de uma luz muda à medida que ela passa por uma amostra. Além das informações de fase, a forma como as células ou tecidos interagem com a luz polarizada – e como essas interações mudam dependendo da direção da polarização – pode fornecer informações úteis para diagnosticar certas patologias ou estudar processos biológicos.
Embora existam alguns métodos que podem extrair informações de fase e anisotropia para criar reconstruções tomográficas em 3D, essas técnicas são normalmente caras e complexas de configurar, o que limitou seu uso em aplicações clínicas.
Num estudo recente, uma equipa de investigação internacional, incluindo o Prof. Roarke Horstmeyer e o Dr. Shiqi Xu da Duke University, decidiu abordar estas limitações.
Conforme relatado em Fotônica Avançada , os pesquisadores desenvolveram uma nova técnica de imagem chamada pticografia tomográfica tensorial de Fourier (ou "T
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oFu"). Este método pode ser usado para obter informações quantitativas de fase e sensíveis à polarização de amostras biológicas simultaneamente. Pticografia de Fourier tomográfica tensorial com aplicações em imagens de tecido muscular. Crédito:Xu et al., doi 10.1117/1.AP.6.2.026004. Um recurso importante do T
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oFu é sua configuração óptica barata. O sistema compreende uma matriz de LED endereçável individualmente como fonte de iluminação. Para obter informações dependentes da polarização, o sistema também utiliza um polarizador circular entre a iluminação e a amostra, bem como uma câmera sensível à polarização.
Para reconstruir a tomografia de fase quantitativa sensível à polarização com esta configuração, a equipe de pesquisa desenvolveu T
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Modelo de reconstrução da oFu desde o início. Com base nas teorias de propagação da luz, eles derivaram um modelo matemático que descreve com precisão as medições experimentais.
Com a configuração experimental e o referencial teórico estabelecidos, a equipe colocou seu método à prova por meio de uma série de experimentos. Primeiro, eles reconstruíram imagens 3D detalhadas de fibras musculares com anisotropia e informações de fase, obtendo uma visão clara dos filamentos musculares individuais. Isto tem implicações importantes para fins de diagnóstico.
"A imagem estrutural de alto contraste e alta resolução de sinais intrínsecos nas fibras musculares esqueléticas é importante para a detecção oportuna de alterações na organização miofibrilar que podem levar a miopatias esqueléticas", explica o Dr. Horstmeyer. "Atualmente, o tecido muscular 3D é normalmente visualizado por sistemas complexos e caros, como a microscopia de geração de segundo harmônico (SHG). Notavelmente, nosso sistema barato baseado em LED mostrou resultados semelhantes aos descritos na literatura sobre imagens de SHG."
Em seguida, os pesquisadores criaram imagens de uma amostra de tecido cardíaco com amiloidose cardíaca, uma doença altamente letal que afeta mais de 12.000 pacientes somente nos EUA.
“Na prática atual, o tecido cardíaco biopsiado é primeiro congelado e cortado em fatias finas, depois corado com um corante vermelho e inspecionado sob um microscópio de polarização cruzada”, comenta o Dr. Xu. "Em nossas medições, a estrutura da reconstrução da anisotropia foi altamente correlacionada com a imagem polarizada cruzada colorida que representa características da amiloidose. Assim, a abordagem proposta pode ser potencialmente útil para inspeções rápidas no local no futuro."
No geral, T
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oFu parece ser uma técnica poderosa e prática que poderia tornar a polarização e a imagem de fase mais acessíveis. Esperamos que novos refinamentos tornem esta ferramenta disponível para mais cientistas e médicos, iluminando o caminho para melhores diagnósticos e uma compreensão mais profunda do nosso corpo.
