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El viaje secreto de la luz: ¿Por qué la óptica difusa en el dominio del tiempo puede revelar los misterios profundos de los tejidos biológicos?
En la comunidad científica, explorar los misterios de la vida siempre ha sido uno de los mayores desafíos para los científicos. Con el advenimiento de la óptica difusa en el dominio del tiempo, la dirección de este campo ha cambiado. Esta tecnología no sólo nos ayuda a comprender la estructura de los tejidos biológicos, sino que también es una herramienta clave para el futuro diagnóstico médico. Este artículo explorará los principios, instrumentos y equipos de esta tecnología y sus aplicaciones en biomedicina.
Principios de la óptica de difusión en el dominio del tiempoLa óptica difusa en el dominio del tiempo, también conocida como espectroscopia funcional de infrarrojo cercano resuelta en el tiempo, es una técnica que se centra en la propagación de la luz en medios difusos. Al emitir pulsos de luz estrechos, estos pulsos de luz se dispersarán y absorberán varias veces después de ingresar al tejido biológico. Los tiempos de llegada de los fotones detectados se pueden registrar y convertir en un histograma de la distribución del tiempo de vuelo de los fotones, que revela el comportamiento de la luz en el tejido.
Esta tecnología separará diferentes características del tejido biológico y podrá extraer de forma independiente los efectos de absorción y dispersión.
En medios difusos, los principales fenómenos que afectan el movimiento de los fotones incluyen la absorción y la dispersión. La absorción es causada por la presencia de varios pigmentos en los tejidos biológicos, mientras que la dispersión es causada por diferencias estructurales en el medio. Estos dos factores juntos determinan el tiempo y la intensidad de los fotones que llegan al detector. Por lo tanto, analizando la distribución del tiempo de vuelo, se puede obtener la concentración de varios componentes en el tejido, como el estado oxigenado y desoxigenado de la hemoglobina.
Composición de instrumentos y equipos
Los instrumentos ópticos de difusión en el dominio del tiempo constan principalmente de tres partes clave: fuente de láser pulsado, detector de fotón único y electrónica de tiempo. El rendimiento de estos componentes afecta directamente la precisión y la sensibilidad del sistema general.
Fuente láser pulsada
La fuente de láser pulsada utilizada en la óptica difusa del dominio del tiempo requiere ciertas características. Su longitud de onda de emisión debe estar entre 650 y 1350 nanómetros e idealmente tener un ancho medio estrecho. Además, la fuente láser debe tener una alta tasa de repetición y suficiente potencia láser para garantizar una buena relación señal-ruido. Con el avance de la tecnología, los láseres de litio-cromo-zafiro de liberación ajustable anteriores han sido reemplazados gradualmente por láseres de fibra pulsada.
Detector de fotón únicoLos detectores adecuados para la óptica de difusión en el dominio del tiempo requieren no solo una alta eficiencia y una gran área efectiva, sino también una buena respuesta temporal y un bajo ruido de fondo. Los tubos fotomultiplicadores tradicionales ya no son la única opción. La aparición de los diodos de avalancha de fotón único y los fotomultiplicadores de silicio (SiPM) ha proporcionado más opciones en este campo.
Electrónica del tiempo
El objetivo de la cronotrónica es reconstruir sin pérdidas el histograma de los tiempos de vuelo de los fotones. Mediante el recuento de fotones individuales correlacionado en el tiempo, un proceso que implica marcar los tiempos de llegada de los fotones, se recopilan datos para generar un histograma. Los sistemas electrónicos actuales se basan principalmente en una combinación de un convertidor de tiempo a digital (TDC) o un convertidor de tiempo a analógico (TAC) y un convertidor de analógico a digital (ADC).
Valor en aplicaciones biomédicas
La óptica de difusión en el dominio del tiempo tiene un gran potencial de aplicación en biomedicina. Puede monitorizar de forma continua y no invasiva las propiedades ópticas de los tejidos, convirtiéndose en una herramienta importante para el diagnóstico a largo plazo. Esta tecnología se ha aplicado con éxito a la monitorización cerebral, la mamografía óptica y la monitorización muscular, demostrando su potencial como diagnóstico clínico.
El Viaje Secreto de la Luz continúa ampliando los límites de la medicina a través de la combinación de tecnología y ciencia. Mirando hacia el futuro, no podemos evitar preguntarnos: ¿cómo cambiará esta tecnología nuestra comprensión de la vida?A medida que la comunidad académica realice investigaciones en profundidad sobre esta tecnología, podremos revelar más misterios profundos de los tejidos biológicos en el futuro.
