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Viajando a través de la luz y la sombra: ¿Cómo la espectroscopia de infrarrojo cercano con resolución temporal transforma las imágenes médicas?
Con el avance continuo de la tecnología de imágenes médicas, la espectroscopia de infrarrojo cercano con resolución temporal (TD-NIRS) se está convirtiendo gradualmente en una herramienta importante para diagnosticar y monitorear el estado de los tejidos biológicos debido a sus características únicas. Esta tecnología utiliza las características de propagación de la luz en medios de dispersión para comprender las propiedades ópticas de los tejidos biológicos analizando el tiempo de llegada de la luz reflejada, proporcionando así información patofisiológica más profunda.
Conceptos físicos
La espectroscopia de infrarrojo cercano resuelta en el tiempo implica inyectar un pulso de luz de menos de 100 picosegundos y registrar el tiempo de llegada de los fotones dispersados desde el tejido. Estos fotones experimentan múltiples dispersiones y absorciones, y el histograma de distribución del tiempo de llegada de fotones resultante proporciona información clave sobre la absorción y la dispersión.
"Como el tejido biológico es muy transparente a la luz en el rango infrarrojo, esto nos permite investigar profundamente la estructura del tejido".
El núcleo de TD-NIRS reside en su capacidad única de resolución temporal, que puede optimizar la estimación de la concentración de varios componentes en los tejidos biológicos y proporcionar información relevante sobre el estado de oxigenación de la sangre. Estos datos no sólo son cruciales para el diagnóstico clínico, sino que también pueden formar la base de modelos de predicción temprana de enfermedades.
Composición instrumental
En la escaterometría en el dominio del tiempo, el instrumento consta de tres componentes básicos: una fuente de láser pulsado, un detector de fotón único y electrónica de temporización.
Fuente láser
Las fuentes de luz para la espectroscopia de infrarrojo cercano en el dominio del tiempo requieren características específicas, incluida una longitud de onda de emisión en el rango de 650 a 1350 nanómetros, una alta tasa de repetición (superior a 20 MHz) y suficiente potencia láser (más de 1 mW). ). Recientemente, los láseres de fibra pulsados basados en tecnología de generación de supercontinuo han comenzado a ganar atención, aunque su estabilidad aún necesita más mejoras.
"Los láseres de zafiro de titanio sintonizables utilizados en el pasado ofrecían un amplio rango de longitudes de onda, pero eran voluminosos y costosos".
Detector
Los detectores de fotón único deben tener una alta eficiencia de detección de fotones, un área activa grande y una respuesta temporal pequeña. Los tubos fotomultiplicadores acoplados a fibra (PMT) alguna vez fueron el detector preferido en este campo; sin embargo, debido a su gran tamaño y sensibilidad a la interferencia electromagnética, han sido reemplazados gradualmente por otras tecnologías de detección.
Electrónica de sincronización
La función de la electrónica de sincronización es reconstruir el histograma de distribución temporal de los fotones sin pérdida de calidad. Esto generalmente se hace mediante un conteo de fotones individuales correlacionado en el tiempo (TCSPC) y utilizando un convertidor analógico a digital (ADC) o un convertidor de tiempo a digital (TDC).
Áreas de aplicación
La espectroscopia de infrarrojo cercano resuelta en el tiempo ha demostrado un gran potencial en diversas aplicaciones biomédicas, incluida la monitorización cerebral, la mamografía óptica y la monitorización muscular. Estas tecnologías de detección no invasivas no sólo pueden monitorear la condición del cuerpo humano durante un largo período de tiempo, sino que también proporcionan información fisiológica clave de manera oportuna.
"TD-NIRS ha demostrado sus potentes capacidades de diagnóstico en la monitorización en la cama de los pacientes, tanto en lactantes como en adultos".
Perspectivas de futuro
Con un mayor desarrollo de la tecnología, se espera que la espectroscopia de infrarrojo cercano con resolución temporal continúe mostrando sus ventajas únicas en la tecnología de imágenes médicas. Las investigaciones futuras se centrarán en mejorar la precisión y repetibilidad de las mediciones, así como en ampliar su aplicación a más campos médicos.
A medida que avanzan las tecnologías ópticas, ¿podemos hacer que estas nuevas tecnologías estén más ampliamente disponibles para beneficiar la salud humana?