La imagen óptica médica es el uso de la luz como técnica de imagen de investigación para aplicaciones médicas , iniciada por el químico físico estadounidense Britton Chance . Los ejemplos incluyen microscopía óptica , espectroscopia , endoscopia , oftalmoscopia con láser de barrido , imágenes con láser Doppler y tomografía de coherencia óptica . Debido a que la luz es una onda electromagnética , ocurren fenómenos similares en los rayos X , las microondas y las ondas de radio .
Los sistemas de imágenes ópticas se pueden dividir en sistemas de imágenes difusos [1] [2] y balísticos [3] . Bonner et al. desarrollaron un modelo para la migración de fotones en medios biológicos turbios. [2] Este modelo se puede aplicar para interpretar datos obtenidos de monitores de flujo sanguíneo láser Doppler y para diseñar protocolos para la excitación terapéutica de cromóforos tisulares.
La imagen óptica difusa ( DOI ) es un método de obtención de imágenes que utiliza espectroscopia de infrarrojo cercano (NIRS) [4] o métodos basados en fluorescencia. [5] Cuando se utiliza para crear modelos volumétricos 3D del material de imagen, DOI se denomina tomografía óptica difusa , mientras que los métodos de imágenes 2D se clasifican como topografía óptica difusa .
La técnica tiene muchas aplicaciones en neurociencia, medicina deportiva, seguimiento de heridas y detección de cáncer. Normalmente, las técnicas DOI monitorean los cambios en las concentraciones de hemoglobina oxigenada y desoxigenada y, además, pueden medir los estados redox de los citocromos. La técnica también puede denominarse tomografía óptica difusa (DOT), tomografía óptica del infrarrojo cercano (NIROT) o tomografía óptica difusa de fluorescencia (FDOT), según su uso.
En neurociencia, las mediciones funcionales realizadas utilizando longitudes de onda NIR, las técnicas DOI pueden clasificarse como espectroscopia funcional del infrarrojo cercano (fNIRS).
Los fotones balísticos son fotones de luz que viajan a través de un medio disperso ( turbio )en línea recta. También conocida como luz balística . Si los pulsos láser se envían a través de un medio turbio como niebla o tejido corporal , la mayoría de los fotones se dispersan aleatoriamente o se absorben. Sin embargo, en distancias cortas, algunos fotones atraviesan el medio de dispersión en línea recta. Estos fotones coherentes se denominan fotones balísticos. Los fotones que están ligeramente dispersos y conservan cierto grado de coherencia se denominan fotones de serpiente .
Si se detectan de manera eficiente, existen muchas aplicaciones para los fotones balísticos, especialmente en sistemas coherentes de imágenes médicas de alta resolución . Los escáneres balísticos (que utilizan puertas de tiempo ultrarrápidas) y la tomografía de coherencia óptica (OCT) (que utiliza el principio de interferometría ) son sólo dos de los sistemas de imágenes populares que se basan en la detección de fotones balísticos para crear imágenes con difracción limitada . Las ventajas sobre otras modalidades de imágenes existentes (por ejemplo, ultrasonido y resonancia magnética ) es que las imágenes balísticas pueden alcanzar una resolución más alta del orden de 1 a 10 micrómetros, sin embargo, tienen una profundidad de imagen limitada. Además, a menudo también se miden fotones "cuasi-balísticos" más dispersos para aumentar la "fuerza" de la señal (es decir, la relación señal-ruido ).
Debido a la reducción exponencial (con respecto a la distancia) de los fotones balísticos en un medio de dispersión, a menudo se aplican técnicas de procesamiento de imágenes a las imágenes balísticas capturadas sin procesar, para reconstruir imágenes de alta calidad. Las modalidades de imágenes balísticas tienen como objetivo rechazar fotones no balísticos y retener fotones balísticos que transportan información útil. Para realizar esta tarea, se utilizan características específicas de los fotones balísticos frente a los fotones no balísticos, como el tiempo de vuelo a través de imágenes controladas por coherencia, la colimación, la propagación del frente de onda y la polarización. [6]