La interferometría de baja coherencia con resolución angular ( a/LCI ) es una tecnología de imágenes biomédicas emergente [ ¿cuándo? ] que utiliza las propiedades de la luz dispersa para medir el tamaño promedio de las estructuras celulares, incluidos los núcleos celulares . La tecnología parece prometedora como herramienta clínica para la detección in situ de tejido displásico o precanceroso .
La A/LCI combina la interferometría de baja coherencia con la dispersión resuelta en ángulo para resolver el problema inverso de determinar la geometría del dispersor basándose en patrones de difracción de campo lejano . De manera similar a la reflectometría del dominio de coherencia óptica (OCDR) y la tomografía de coherencia óptica (OCT), la a/LCI utiliza una fuente de luz de banda ancha en un esquema de interferometría para lograr un seccionamiento óptico con una resolución de profundidad establecida por la longitud de coherencia de la fuente. Las mediciones de dispersión resueltas en ángulo capturan la luz en función del ángulo de dispersión e invierten los ángulos para deducir el tamaño promedio de los objetos dispersos a través de un modelo computacional de dispersión de luz como la teoría de Mie , que predice ángulos en función del tamaño de la esfera de dispersión . La combinación de estas técnicas permite la construcción de un sistema que puede medir el tamaño promedio de la dispersión a varias profundidades dentro de una muestra de tejido .
En la actualidad, la aplicación médica más importante de esta tecnología es la determinación del estado de salud de los tejidos a partir de mediciones del tamaño medio de los núcleos celulares. Se ha descubierto que, a medida que el tejido pasa de ser normal a canceroso, el tamaño medio de los núcleos celulares aumenta. [1] Varios estudios recientes [2] han demostrado que, a través de mediciones de los núcleos celulares, la a/LCI puede detectar la presencia de displasia de bajo y alto grado con una sensibilidad del 91 % y distinguir entre normal y displásico con una especificidad del 97 %.
Desde el año 2000, los sistemas de dispersión de luz se han utilizado para aplicaciones biomédicas, como el estudio de la morfología celular [3] y el diagnóstico de la displasia [4] . Las variaciones en las distribuciones de dispersión en función del ángulo o la longitud de onda se han utilizado para deducir información sobre el tamaño de las células y los objetos subcelulares, como los núcleos y los orgánulos . Estas mediciones de tamaño se pueden utilizar luego con fines diagnósticos para detectar cambios en los tejidos, incluidos los cambios neoplásicos (aquellos que conducen al cáncer).
La espectroscopia de dispersión de luz se ha utilizado para detectar displasia en el colon , la vejiga , el cuello uterino y el esófago de pacientes humanos. [2] La dispersión de luz también se ha utilizado para detectar el esófago de Barrett , una afección metaplásica con una alta probabilidad de provocar displasia. [5]
Sin embargo, a diferencia del a/LCI, todas estas técnicas se basan en mediciones de intensidad total, que carecen de la capacidad de proporcionar resultados en función de la profundidad del tejido.
La primera implementación de a/LCI [6] utilizó un interferómetro de Michelson , el mismo modelo utilizado en el famoso experimento de Michelson-Morley . El interferómetro de Michelson divide un haz de luz en dos caminos, uno de referencia y otro de muestreo, y los vuelve a combinar para producir una forma de onda resultante de la interferencia . La diferencia entre el haz de referencia y el de muestreo revela así las propiedades de la muestra en la forma en que dispersa la luz.
El primer dispositivo a/LCI utilizaba un espejo y una lente móviles en el brazo de referencia para que los investigadores pudieran reproducir diferentes ángulos y profundidades en el haz de referencia tal como se producían en la luz retrodispersada recogida. Esto permitió aislar la luz retrodispersada a distintas profundidades de reflexión en la muestra. Para transformar los datos en mediciones de la estructura celular, las distribuciones de dispersión angular se comparan a continuación con las predicciones de la teoría de Mie , que calcula el tamaño de las esferas en relación con sus patrones de dispersión de la luz.
La técnica a/LCI se validó por primera vez en estudios de microesferas de poliestireno, [6] cuyos tamaños eran conocidos y relativamente homogéneos. Un estudio posterior amplió el método de procesamiento de señales para compensar la naturaleza no esférica y no homogénea de los núcleos celulares. [7]
Este primer sistema requería hasta 40 minutos para adquirir los datos de un punto de 1 mm² en una muestra, pero demostró la viabilidad de la idea.
Al igual que la OCT, las primeras implementaciones de a/LCI dependían de cambiar físicamente la longitud del camino óptico (OPL) para controlar la profundidad en la muestra de la que se adquieren los datos. Sin embargo, se ha demostrado [8] que es posible utilizar una implementación de dominio de Fourier para producir resolución de profundidad en una sola adquisición de datos. Se utiliza una fuente de luz de banda ancha para producir un espectro de longitudes de onda a la vez, y la luz retrodispersada es recogida por una fibra óptica coherente en el camino de retorno para capturar diferentes ángulos de dispersión simultáneamente. [9] Luego se mide la intensidad a través de un espectrómetro : un solo cuadro del espectrómetro contiene la intensidad de dispersión en función de la longitud de onda y el ángulo. Finalmente, los datos se transforman de Fourier línea por línea para generar la intensidad de dispersión en función de la OPL y el ángulo. En la imagen resultante, el eje x representa la OPL y el eje y el ángulo de reflexión, produciendo así un mapa 2D de intensidades de reflexión.
Con este método, la velocidad de adquisición está limitada únicamente por el tiempo de integración del espectrómetro y puede ser de tan solo 20 ms. Los mismos datos que inicialmente requerían decenas de minutos para adquirirse se pueden adquirir ~10 5 veces más rápido. [9]
La versión de dominio de Fourier del sistema a/LCI utiliza un diodo superluminiscente (SLD) con una salida acoplada a fibra como fuente de luz. Un divisor de fibra separa la ruta de la señal con una intensidad del 90 % y la ruta de referencia con una intensidad del 10 %.
La luz del SLD pasa a través de un aislador óptico y, posteriormente, de un controlador de polarización . Se ha demostrado que el control de la polarización de la luz es importante para maximizar la señal óptica y comparar la dispersión angular con el modelo de dispersión de Mie. [10] Se utiliza una fibra que mantiene la polarización para llevar la luz de iluminación a la muestra. De manera similar, se utiliza un segundo controlador de polarización para controlar la polarización de la luz que pasa a través de la ruta de referencia.
La salida de la fibra de la derecha se colima mediante la lente L1 e ilumina el tejido. Pero como la fibra de emisión está desplazada respecto del eje óptico de la lente, el haz se envía a la muestra en un ángulo oblicuo. La luz retrodispersada es colimada por la misma lente y recogida por el haz de fibras. Las fibras están a una distancia focal de la lente y la muestra está a una distancia focal del otro lado. Esta configuración captura la luz desde el máximo rango de ángulos y minimiza el ruido de la luz debido a los reflejos especulares.
En el extremo distal del haz de fibras, la luz de cada fibra se proyecta en el espectrómetro. La luz de los brazos de muestra y de referencia se mezcla mediante un cubo divisor de haz (BS) y se refleja en la ranura de entrada de un espectrómetro de imágenes. Los datos del espectrómetro de imágenes se transfieren a una computadora a través de una interfaz USB para el procesamiento de señales y la visualización de los resultados. La computadora también proporciona control del espectrómetro de imágenes.
El sistema a/LCI se ha mejorado recientemente para permitir su funcionamiento en un entorno clínico con la incorporación de una varilla portátil. [11] Al controlar cuidadosamente la polarización en la fibra de administración, utilizando fibras que mantienen la polarización y polarizadores en línea, el nuevo sistema permite la manipulación de la varilla portátil sin degradación de la señal debido a los efectos de birrefringencia. Además, el nuevo sistema empleó una lente esférica con revestimiento antirreflejo en la punta de la sonda, que reduce los reflejos que de otro modo limitarían el rango de profundidad del sistema.
El sistema portátil utiliza una placa de pruebas óptica de 2 pies por 2 pies como base, con la fuente, los componentes de fibra óptica, la lente, el divisor de haz y el espectrómetro de imágenes montados en la placa de pruebas. Una cubierta de aluminio protege la óptica. Una sonda de fibra con una sonda de mano permite un fácil acceso a las muestras de tejido para realizar pruebas. En el lado izquierdo se encuentra una plataforma de muestra blanca, donde se coloca el tejido para realizar pruebas. El operador utiliza la sonda de mano para seleccionar sitios específicos en el tejido de los cuales se adquieren lecturas de a/LCI.