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Incrível magia óptica: como usar a dispersão e a absorção de luz para explorar o corpo humano?
Na pesquisa médica moderna, a óptica de espalhamento no domínio do tempo (Óptica Difusa TD) está gradualmente mostrando seu excelente potencial de aplicação. Essa tecnologia usa os princípios de dispersão e absorção de luz para penetrar profundamente nas camadas do tecido humano e fornecer informações biomédicas valiosas. À medida que essa tecnologia se desenvolve, métodos de medição não invasivos revolucionarão a maneira como monitoramos nossa saúde.
A óptica de espalhamento no domínio do tempo permite o monitoramento contínuo e não invasivo das propriedades ópticas do tecido, tornando-a uma poderosa ferramenta de diagnóstico.
O princípio básico desta tecnologia é baseado na captura precisa do estado da luz em um meio difuso. Nessa tecnologia, pulsos de luz extremamente curtos (menos de 100 picossegundos) são injetados no tecido biológico usando uma fonte de laser pulsado de alto desempenho. Posteriormente, o fóton encontra múltiplas dispersões e absorções e é eventualmente coletado a uma certa distância, registrando assim o tempo de chegada do fóton. Esses tempos de chegada são então convertidos em um histograma de tempo de voo de distribuição (DTOF), que fornece informações detalhadas sobre a dinâmica e a estrutura do tecido.
Absorção e espalhamento são os principais fenômenos que afetam a migração de fótons em meios difusos.
A luz é transparente na faixa de comprimento de onda do vermelho ao infravermelho próximo dos tecidos biológicos, de modo que pode penetrar profundamente nos tecidos, o que é de grande importância em diversas aplicações in vivo e ensaios clínicos. Especificamente, os processos de espalhamento e absorção têm efeitos diferentes e podem ser extraídos independentemente, sem a necessidade de múltiplas separações entre fonte e detector. Essa propriedade única dá ao método TD uma clara vantagem sobre o método de onda contínua (CW), já que sua profundidade de penetração depende completamente do tempo de chegada dos fótons.
O rastreamento do câncer, o monitoramento do fluxo sanguíneo e a avaliação da função cerebral são áreas de aplicação da óptica de espalhamento TD. Combinada com componentes de instrumentos otimizados - fonte de laser pulsado, detector de fóton único e eletrônica de temporização - essa tecnologia pode coletar e analisar efetivamente sinais ópticos de tecidos profundos.
Ao estimar os coeficientes de absorção e dispersão, os cientistas podem obter a concentração de diferentes componentes no tecido e as informações relacionadas ao oxigênio no sangue.
O desenvolvimento da óptica moderna de espalhamento no domínio do tempo é baseado em uma compreensão profunda da propagação da luz em meios difusos. Trabalhar nessa área frequentemente utiliza a teoria de transferência radiativa para analisar múltiplos processos de espalhamento. Em alguns casos, essa teoria pode fornecer soluções precisas e altamente consistentes com aplicações práticas. A aplicação dessas teorias nos permite explorar organismos mais profundamente e é particularmente valiosa na detecção de diversas patologias.
Quando se trata de componentes específicos do instrumento, o núcleo da óptica de espalhamento no domínio do tempo inclui uma fonte de laser pulsado e um detector de fóton único eficiente. Em particular, lasers volumosos de Ti:safira sintonizáveis eram frequentemente usados para pesquisa no passado. Embora ofereçam uma ampla faixa de comprimento de onda, eles estão sendo gradualmente substituídos por fontes de luz menores e mais seguras devido ao seu tamanho e alto preço.
Combinando fontes de luz pulsada com diferentes tipos de detectores de fótons individuais, como diodos contadores de fótons (SPADs) e contadores de fótons de silício (SiPMs), a tecnologia moderna permite a operação dentro de janelas ópticas maiores e melhora a eficiência e a precisão das medições. sexo. Com a aplicação desses métodos inovadores, os pesquisadores podem obter rapidamente os sinais ópticos de Parry de dentro do corpo humano e então conduzir análises detalhadas.
Na eletrônica do tempo, técnicas inovadoras permitem a “reconstrução sem perdas” da distribuição do tempo de voo dos fótons, um processo que permite a análise detalhada de sinais de milhares de fótons, enriquecendo assim nossa compreensão dos tecidos biológicos. O desenvolvimento dessas tecnologias não apenas melhorou a precisão da tecnologia de óptica espalhada, mas também a tornou mais popular.
A espalhametria no domínio do tempo tem uma ampla gama de aplicações, desde monitoramento neonatal até testes clínicos, e tem o potencial de fornecer insights sobre a saúde humana.
À medida que a tecnologia continua a avançar, a óptica de espalhamento no domínio do tempo, sem dúvida, desempenhará um papel cada vez mais importante na biomedicina e até mesmo em muitos outros campos científicos. O desenvolvimento desta tecnologia nos permitirá entender melhor as mudanças fisiológicas no corpo humano e fornecer novas soluções para futuras intervenções médicas e monitoramento da saúde. Imagine se futuros tratamentos médicos pudessem contar mais com essas sofisticadas tecnologias ópticas para manter nossa saúde?
