Más cerca de las 'radiografías' con luz visible

Experimento
JOSEPH XU, MICHIGAN ENGINEERING
Actualizado 01/06/2017 17:14:18 CET

   MADRID, 1 Jun. (EUROPA PRESS) -

   Investigadores de la Universidad de Michigan han dado un paso hacia el uso de la luz visible para ver dentro del cuerpo. Su método es mucho más rápido y simple que el enfoque dominante hoy en día.

   Las estructuras densas como el hueso aparecen claramente en los rayos X, pero los tejidos más suaves como los órganos y los tumores son difíciles de distinguir. Esto se debe a que los rayos X son fuertemente desviados por los huesos, mientras que cortan directamente a través de los tejidos blandos.

   La luz visible, por otra parte, es desviada por el tejido blando. Hasta hace poco, esto ha hecho ver a través de la piel con luz visible un imposible --aunuqe puede pasar queda esparcida por todas partes. Al mismo tiempo, la luz visible sería más segura para las imágenes de diagnóstico que las radiografías de mayor energía.

   "La luz entra, golpea una molécula, golpea a otra, golpea a otra, hace algo realmente loco, y sale de esta manera", dijo en un comunicado Moussa N'Gom, investigador asistente en ingeniería eléctrica e informática y primer autor de un estudio publicado en Scientific Reports que explica el reto de predecir los caminos de los rayos de luz individuales.

   Al comprender exactamente cómo un parche de piel dispersa la luz, los investigadores esperan enfocar cuidadosamente rayos de luz para que se enfoquen dentro del cuerpo, un primer paso para verlo en su interior.

   En sus experimentos, los investigadores deletrearon "MICHIGAN" con un rayo de luz que brilló a través de yogur y vidrio triturado. Eligieron esos materiales porque dispersan la luz fuertemente y sirven como buenos modelos para la piel. Su demostración, una reminiscencia de escribir un nombre con una linterna, demuestra que pueden tomar una exploración simple y rápida del material y enfocar a través del mismo en muchos puntos, tal y como tendrían que hacer si forman imágenes de tejido dentro del cuerpo.

   El campo de tomar imágenes de objetos a través de materiales, desde capas de pintura hasta cáscaras de huevo e incluso cráneos de ratón, ha hecho grandes avances en la última década. El método "holográfico" típico desenreda el patrón de dispersión observando cómo las ondas luminosas interfieren entre sí, lo que da información sobre cómo se retrasaron diferentes rayos en su camino a través del material.

   Este método es muy preciso, dijo N'Gom, pero es lento. Para acelerar las cosas, los investigadores suelen averiguar lo suficiente del patrón de dispersión para centrarse en un punto en particular. Para centrarse en un punto diferente, el material tiene que ser escaneado de nuevo. Esto retardaría el proceso de medir el tamaño o la textura de un tumor, por ejemplo.

   "Nuestro método es significativamente más rápido y más conveniente porque usamos un solo conjunto de mediciones para generar todos estos puntos, y no tenemos que volver a analizar", dijo N'Gom.

   Como es típico en los experimentos de enfoque a través de materiales, los investigadores utilizaron un modulador espacial de luz para producir patrones de luz. Si se hace brillar un láser a través de un vidrio esmerilado, entraría en un punto de un lado, en un ángulo particular, y luego dejaría el otro lado a través de muchos puntos, en diferentes direcciones. Mediante la combinación de una pantalla con una matriz de espejos, un modulador de luz espacial puede hacer lo contrario, enviando luz a una superficie en muchos puntos, en muchos ángulos, de modo que estos rayos convergen en un punto en el otro lado del material.

   Establecieron el modulador de luz espacial para brillar en cientos de patrones diferentes (461 en total). Pero en lugar de analizar los caminos de los rayos de luz individuales que salen del otro lado, el equipo de N'Gom midió el brillo: cuánta luz produjo.

   Ellos desarrollaron un algoritmo para arrastrar a través de los patrones de luz entrantes y mediciones de brillo saliente, utilizando la información para construir una representación matemática del patrón de dispersión del material, llamada matriz de transmisión.

   Usando la matriz de transmisión, el equipo de N'Gom podría averiguar exactamente cómo configurar el modulador espacial de luz para obtener un punto brillante en cualquier punto del otro lado del vidrio o yogur.

   En el yogur, había un límite de tiempo de sólo unos minutos, pero fue suficiente para que N'Gom y sus colegas escribieran "MICHIGAN" en 157 disparos. En la piel, las limitaciones de tiempo son mucho más estrictas: necesitarían un nuevo mapa en cada milisegundo. Aún así, con la más desarrollada electrónica presente, N'Gom piensa que su algoritmo podría correr tan rápido.

   Los investigadores esperan que las primeras imágenes sean posibles dentro de cinco años

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