Potresti non aver sentito parlare di tomografia a coerenza ottica, o OTTOBRE. Ma se hai visitato un oftalmologo di recente, è probabile che il tuo occhio sia arrivato a pochi centimetri da un dispositivo di scansione che utilizza la tecnologia. Decine di migliaia di questi dispositivi sono installati negli studi medici, dove sono ampiamente usati per controllare le malattie degli occhi.

Ora, Gli scienziati della Stanford University hanno scoperto come adattare queste macchine ad alte prestazioni con componenti standard, aumentando la risoluzione dell'OCT di diverse volte e promettendo un rilevamento precoce del danno retinico e corneale, tumori incipienti e altro ancora.

Il relativamente semplice, correzione a basso costo, che comprende un paio di lenti, un pezzo di vetro smerigliato e alcune modifiche al software:cancella le imperfezioni che hanno disturbato le immagini ottenute tramite OCT dalla sua invenzione nel 1991. Questo miglioramento, combinato con la capacità della tecnologia di penetrare otticamente fino a 2 millimetri nel tessuto, potrebbe consentire ai medici di eseguire "biopsie virtuali, " visualizzare il tessuto in tre dimensioni con una risoluzione di qualità microscopica senza asportare alcun tessuto dai pazienti.

In uno studio che sarà pubblicato online il 20 giugno in Comunicazioni sulla natura , i ricercatori hanno testato il miglioramento in due diversi dispositivi OCT disponibili in commercio. Sono stati in grado di visualizzare le caratteristiche su scala cellulare nei tessuti intatti, compreso nell'orecchio di un topo vivente e nella punta di un dito umano, ha detto l'autore senior dello studio, Adam de la Zerda, dottorato di ricerca, assistente professore di biologia strutturale. L'autore principale dello studio è lo studente laureato in ingegneria elettrica Orly Liba.

Aumentare la risoluzione con il minimo armeggiare

"Abbiamo dimostrato che è possibile utilizzare efficacemente qualsiasi sistema OCT disponibile e, con modifiche minime, aumentare la sua risoluzione al punto in cui può rilevare caratteristiche anatomiche più piccole delle dimensioni di una cellula tipica, " disse de la Zerda.

OCT è un business da miliardi di dollari. Ogni anno, vengono eseguite più di 10 milioni di scansioni OCT per diagnosticare o monitorare condizioni dalla degenerazione maculare senile al melanoma. La tecnologia è stata adattata per l'uso endoscopico in malattie polmonari, medicina gastrointestinale e cardiovascolare.

In qualche modo analogo agli ultrasuoni, L'OCT penetra i tessuti otticamente invece che con le onde sonore. Il dispositivo punta raggi di luce laser su un oggetto, diciamo, un campione di tessuto, o l'occhio di un paziente e registra ciò che ritorna quando la luce rimbalza su elementi riflettenti all'interno del campione o del bulbo oculare. Regolazione della profondità di penetrazione, un utente può scansionare strato su strato di un tessuto e, ammucchiando fette virtuali di tessuto l'una sull'altra, assemblarli per generare un'immagine volumetrica.

Ma fino ad oggi, OCT continua ad essere afflitto da una forma di rumore che, a differenza del rumore casuale generato da qualsiasi sistema di rilevamento, non può essere "lavato via" semplicemente immaginando ripetutamente l'oggetto di interesse e calcolando la media dei risultati con un programma per computer.

Il rumore generato da OCT, chiamato "macchia, " è una caratteristica intrinseca dell'architettura dell'oggetto visualizzato e delle proprietà uniche della luce laser.

Un fotone non è una semplice particella. È anche un'onda il cui potere cresce e diminuisce mentre viaggia, simile a un'onda oceanica che si dirige verso la riva. Quando due onde si scontrano, la loro altezza combinata al momento della loro collisione dipende dal fatto che ciascuno fosse al suo apice, la sua depressione o da qualche parte nel mezzo.

Quando i fotoni escono dalla fase

I fotoni che compongono un raggio di luce laser sono in fase:condividono la stessa lunghezza d'onda, con i loro picchi e depressioni che si verificano in sincronia. Ma quando questi fotoni rimbalzano su due superfici separate, diciamo, due componenti vicini di una cellula:la lunghezza delle loro vie di ritorno è leggermente diversa, quindi non sono più in fase. Ora, possono interferire l'uno con l'altro proprio come le onde oceaniche che si intersecano. Possono annullarsi a vicenda, creando un punto nero falso sull'immagine risultante. Oppure possono rafforzarsi a vicenda, creando una macchia bianca falsa. Se le posizioni dei componenti che generano macchie sono fisse, come avviene nella maggior parte dei tessuti (il sangue circolante è un'eccezione), quelle stesse macchioline appariranno negli stessi punti ad ogni scansione OCT successiva.

"Altri ricercatori hanno provato varie soluzioni, come scansioni ripetute ad angoli diversi o da posizioni adiacenti consecutive o con lunghezze d'onda mutevoli, o "rimuovere" le macchie utilizzando la post-elaborazione del computer, " disse de la Zerda. "Ma il risultato è sempre lo stesso:un'immagine sfocata." È come coprire le lentiggini con una mano di trucco:un aspetto più levigato, a scapito dei dettagli perduti.

In linea di principio, se potessi infilare una pinzetta molecolare e muovere solo un pochino uno di quei due componenti che interferiscono, cambieresti lo schema delle macchioline. Ma non puoi. Però, gli scienziati di Stanford hanno trovato un modo per fare essenzialmente la stessa cosa, otticamente parlando.

"Volevamo far ballare le macchioline, quindi avrebbero uno schema leggermente diverso ogni volta che scansionavamo il tessuto, "Liba ha detto. "E abbiamo trovato un modo per farlo."

Creare un'immagine virtuale

Posizionando un paio di lenti aggiuntive nella linea di vista del dispositivo OCT, gli investigatori sono stati in grado di creare una seconda immagine, un esatto sosia simile a un olografo del campione visualizzato che è apparso altrove lungo la linea di vista, tra le lenti aggiunte e il campione. Inserendo quello che chiamano un "diffusore" - una lastra di vetro che avevano irruvidito incidendovi in ​​modo casuale piccoli solchi - nel punto giusto della linea di vista e spostandolo metodicamente tra ogni giro di scansioni ripetute, hanno ottenuto l'equivalente ottico di spostare leggermente la relazione geografica dei componenti del campione ogni volta che lo scansionavano.

Ora, la media delle immagini successive ha rimosso le macchioline. Il team di Stanford ha utilizzato la capacità potenziata risultante per acquisire dettagli, immagini essenzialmente prive di rumore di una vita, orecchio di topo anestetizzato.

"Abbiamo visto ghiandole sebacee, follicoli piliferi, vasi sanguigni, vasi linfatici e altro ancora, " ha detto Liba.

Hanno anche ottenuto immagini ad alta risoluzione della retina e della cornea di un topo. E uno sguardo senza incisioni sulla punta del dito di uno dei coautori dello studio ha permesso loro di vedere una caratteristica anatomica mai intravista prima con l'OCT:il corpuscolo di Meissner, un fascio di nervi responsabile delle sensazioni tattili.

Il progresso tecnologico aggira un problema di 25 anni che ha persistentemente limitato le capacità diagnostiche dell'OCT, ha detto de la Zerda.

Il lavoro è un esempio dell'attenzione di Stanford Medicine per la salute di precisione, il cui obiettivo è anticipare e prevenire la malattia nei sani e diagnosticare e curare con precisione la malattia nei malati.