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Através da luz e da sombra: como a espectroscopia no infravermelho próximo com resolução de tempo remodela a tecnologia de imagens médicas?
Com o avanço contínuo da tecnologia de imagens médicas, a espectroscopia no infravermelho próximo resolvida no tempo (TD-NIRS) está gradualmente se tornando uma ferramenta importante para diagnosticar e monitorar o estado dos tecidos biológicos devido às suas características únicas. Esta tecnologia utiliza as características de propagação da luz em meios de dispersão para compreender as propriedades ópticas dos tecidos biológicos, analisando o tempo de chegada da luz refletida, fornecendo assim informações fisiopatológicas mais profundas.
Conceitos físicos
Em sua medição, a espectroscopia de infravermelho próximo com resolução de tempo injeta um pulso de luz menos de 100 picossegundos e registra o tempo de chegada dos fótons espalhados de volta do tecido. Esses fótons são espalhados e absorvidos várias vezes, e o histograma de distribuição do tempo de chegada dos fótons resultante fornece informações importantes sobre absorção e espalhamento.
“Como os tecidos biológicos têm boa transparência à luz na faixa infravermelha, isso nos permite sondar profundamente a estrutura profunda do tecido.”
O núcleo do TD-NIRS reside na sua capacidade única de resolução temporal, que pode otimizar a estimativa das concentrações de vários componentes nos tecidos biológicos e fornecer informações relevantes sobre o estado de oxigenação do sangue. Esses dados não são apenas essenciais para o diagnóstico clínico, mas também podem formar a base para modelos de previsão precoce de doenças.
Composição do instrumento
Na óptica de dispersão no domínio do tempo, o instrumento consiste principalmente em três componentes básicos: fonte de laser pulsado, detector de fóton único e eletrônica de temporização.
Fonte do laser
As fontes de luz para espectroscopia no infravermelho próximo no domínio do tempo precisam ter características específicas, incluindo um comprimento de onda de emissão na faixa de 650 a 1350 nanômetros, uma taxa de repetição de alta frequência (maior que 20 MHz) e potência de laser suficiente ( mais de 1 mW). Recentemente, os lasers de fibra pulsados baseados na tecnologia de geração supercontínua começaram a receber atenção, embora sua estabilidade ainda precise de melhorias adicionais.
“Os lasers de Ti:safira ajustáveis usados no passado oferecem uma ampla gama de comprimentos de onda, mas são volumosos e caros.”
Detector
Os detectores de fótons únicos precisam ter alta eficiência de detecção de fótons, grande área ativa e tempo de resposta curto. Os tubos fotomultiplicadores acoplados a fibra (PMTs) já foram o detector preferido neste campo. No entanto, devido ao seu grande tamanho e sensibilidade à interferência eletromagnética, eles foram gradualmente substituídos por outras tecnologias de detecção.
Cronoeletrônica
O papel da cronoeletrônica é reconstruir o histograma de distribuição temporal dos fótons sem danos. Isso normalmente depende da tecnologia de contagem de fótons únicos correlacionada com o tempo (TCSPC) e é realizado usando um conversor analógico para digital (ADC) ou um conversor de temporização para digital (TDC).
Campos de aplicação
A espectroscopia de infravermelho próximo com resolução temporal mostrou um forte potencial em uma variedade de aplicações biomédicas, incluindo monitoramento cerebral, mamografia óptica e monitoramento muscular. Estas tecnologias de detecção não invasivas podem não apenas monitorar o estado do corpo humano por um longo tempo, mas também fornecer informações fisiológicas importantes em tempo hábil.
"Seja usado para monitoramento à beira do leito de bebês ou adultos, o TD-NIRS demonstrou suas poderosas capacidades de diagnóstico."
Perspectivas Futuras
Com o desenvolvimento da tecnologia, espera-se que a espectroscopia no infravermelho próximo com resolução temporal continue a exercer suas vantagens exclusivas na tecnologia de imagens médicas. A pesquisa futura se concentrará na melhoria da precisão e reprodutibilidade das medições, bem como na expansão de suas aplicações em mais áreas médicas.
Com o avanço da tecnologia óptica, podemos permitir que estas novas tecnologias beneficiem a saúde humana de forma mais ampla?
