Los investigadores han desarrollado un nuevo enfoque de imágenes de terahercios que, por primera vez, puede adquirir imágenes de resolución a escala micrónica al tiempo que conserva los enfoques computacionales diseñados para acelerar la adquisición de imágenes. Esta combinación podría permitir que las imágenes de terahercios sean útiles para detectar la piel en etapas tempranascáncer sin requerir una biopsia de tejido del paciente.
Las longitudes de onda de Terahercios caen entre las microondas y la luz infrarroja en el espectro electromagnético. La luz en esta región es ideal para aplicaciones biológicas porque, a diferencia de los rayos X, no transporta suficiente energía para dañar los tejidos. Otra investigación ha demostrado que las células cancerosas de la pielabsorber la luz de terahercios con más fuerza que las células sanas, lo que demuestra que las imágenes de terahercios pueden ser útiles para distinguir entre tejido canceroso y sano.
"El cáncer de piel ya se puede detectar con luz de terahercios, pero debido a la baja resolución de los enfoques de imágenes actuales, el cáncer solo se puede ver después de que ha crecido bastante", dijo el líder del equipo de investigación, Rayko Stantchev, de la Universidad deExeter, Reino Unido. "Idealmente, queremos detectar el cáncer temprano, cuando aún es pequeño. Esperamos que las imágenes de terahercios de alta resolución, combinadas con la capacidad de tomar una imagen rápidamente, puedan eventualmente conducir a un dispositivo que pueda detectar el cánceren el consultorio del médico "
adentro óptica , el diario de la Sociedad Óptica para la investigación de alto impacto, los investigadores mostraron que su enfoque de campo cercano para la obtención de imágenes en terahercios puede lograr una resolución espacial de aproximadamente nueve micras y era compatible con los algoritmos de detección comprimida e imagen adaptativa que permiten una adquisición de imágenes tres veces más rápidaque las tecnologías convencionales.
Además de sus beneficios prácticos para las imágenes médicas, la investigación también representa una nueva forma de lograr imágenes de terahercios de alta resolución. En las imágenes convencionales, la resolución espacial está limitada por el límite de difracción, que está determinado por la longitud de onda de la luz utilizada. AunqueLa mayoría de las técnicas de imagen detectan la luz dispersa a cierta distancia del objeto que se está fotografiando, los investigadores superaron el límite de difracción mediante el uso de una configuración única para medir las interacciones cercanas o de campo cercano de las ondas de terahercios con el objeto que se está fotografiando.aproximadamente 1/45 de la longitud de onda utilizada para obtener imágenes.
"Esta es la primera demostración experimental, para cualquier región espectral, que muestra que la detección comprimida y la imagen adaptativa se pueden realizar a resoluciones mucho más pequeñas que la longitud de onda de la luz utilizada para la imagen", dijo Stantchev. "Mostrar que esto es físicamente posible seráPermitir a los ingenieros y científicos comenzar a pensar en todo el potencial de este enfoque ".
imágenes de terahercios de longitud de onda inferior
La principal innovación que hizo posible el nuevo enfoque fue un dispositivo de microespejo digital DMD, un conjunto de pequeños espejos que cada uno puede controlar mediante una computadora. Los investigadores usan el DMD para proyectar un patrón de luz de 800 nm en una oblea de silicio, lo que hace que la oblea sea opaca a la luz de terahercios en áreas donde la luz de 800 nm golpea el silicio. Esto significa que cuando un haz de terahercios pasa a través de la oblea, crea un haz de terahercios estampado en el otro lado de la oblea que luego puede interactuar con unobjeto que se está creando imágenes. Debido a que se conoce el patrón creado por el DMD, una computadora puede reconstruir una imagen del objeto en función de la luz de terahercios detectada.
Debido a que los enfoques de imágenes de terahercios de campo cercano suelen estar plagados de velocidades de adquisición lentas, los investigadores diseñaron su enfoque para que sea compatible con la detección comprimida y los algoritmos de muestreo adaptativo que aumentan la tasa de imágenes. Estos algoritmos funcionan de manera similar a la compresión de imágenes, lo que reduce eltamaño de una imagen al deshacerse de cualquier dato que no sea necesario para percibir visualmente una imagen. Los algoritmos de detección comprimida e imagen adaptativa llevan esto un paso más allá al ignorar los datos innecesarios para comenzar, acelerando la imagen al medir solo los componentes vitales de la imagen.
"Utilizamos estos algoritmos para determinar qué regiones de la oblea son transparentes y qué regiones no son transparentes, esencialmente creando píxeles", dijo Stantchev. "Debido a que estábamos usando un detector de terahercios de un solo píxel, normalmente cada píxel adquiriría una medidaSin embargo, al crear muchos píxeles transparentes en una medición, se puede adquirir una imagen más rápidamente tomando menos mediciones que la cantidad de píxeles ".
Los investigadores utilizaron su configuración para obtener imágenes de una variedad de objetos y mostraron que el método podía distinguir los brazos de una rueda de carreta metálica que estaban espaciados aproximadamente a nueve micras de distancia.
Avanzando hacia la practicidad
"Para nuestra configuración actual, tenemos que usar un láser muy intenso para hacer que las obleas de silicio sean opacas", dijo Stantchev. "Este láser es muy grande y costoso, por lo que para que este enfoque sea práctico necesitamos descubrir cómo hacerlousando un láser mucho más barato y más pequeño ".
Stantchev ahora está trabajando con investigadores de la Universidad China de Hong Kong que han creado una configuración óptica diferente que podría hacer opacas las obleas de silicio utilizando un láser menos potente. Los investigadores ahora están trabajando juntos para ver si este enfoque podríahacen posible adquirir imágenes de terahercios de longitud de onda inferior utilizando un láser que cuesta alrededor de $ 200 en lugar del láser de casi $ 400,000 utilizado para el trabajo reportado en el óptica papel
"Este es un paso para hacer que la técnica sea más compatible con las aplicaciones biológicas", dijo Stantchev. "Eventualmente, imaginamos un dispositivo que podría usarse en el consultorio del médico que revelaría rápidamente si hay cáncer de piel".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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