Nel campo dell'imaging medico, esistono diverse tecniche per estrarre informazioni dal tessuto biologico in base alle sue diverse interazioni con la luce visibile. Negli ultimi dieci anni si è assistito a un massiccio aumento della ricerca incentrata sull'imaging quantitativo di fase, che implica l'acquisizione e l'analisi di come cambia la fase di una luce mentre passa attraverso un campione.
Oltre alle informazioni sulla fase, il modo in cui le cellule o i tessuti interagiscono con la luce polarizzata e il modo in cui queste interazioni cambiano a seconda della direzione della polarizzazione possono fornire informazioni utili per diagnosticare determinate patologie o studiare processi biologici.
Sebbene esistano alcuni metodi in grado di estrarre informazioni sia sulla fase che sull'anisotropia per creare ricostruzioni 3D tomografiche, queste tecniche sono in genere costose e complesse da configurare, il che ne ha limitato l'uso nelle applicazioni cliniche.
In uno studio recente, un gruppo di ricerca internazionale, tra cui il Prof. Roarke Horstmeyer e il Dr. Shiqi Xu della Duke University, ha deciso di affrontare queste limitazioni.
Come riportato in Fotonica avanzata , i ricercatori hanno sviluppato una nuova tecnica di imaging chiamata pitcografia di Fourier tomografica tensoriale (o "T 2 oFu"). Questo metodo può essere utilizzato per ottenere simultaneamente informazioni quantitative sensibili alla fase e alla polarizzazione da campioni biologici.
Una caratteristica fondamentale di T 2 oFu è la sua configurazione ottica economica. Il sistema comprende una matrice LED indirizzabile individualmente come sorgente di illuminazione. Per ottenere informazioni dipendenti dalla polarizzazione, il sistema impiega anche un polarizzatore circolare tra l'illuminazione e il campione, nonché una fotocamera sensibile alla polarizzazione.
Per ricostruire la tomografia di fase quantitativa sensibile alla polarizzazione con questa configurazione, il gruppo di ricerca ha sviluppato T 2 Il modello di ricostruzione di oFu da zero. Basandosi sulle teorie della propagazione della luce, hanno derivato un modello matematico che descrive accuratamente le misurazioni sperimentali.
Una volta stabiliti l'apparato sperimentale e il quadro teorico, il team ha messo alla prova il proprio metodo attraverso una serie di esperimenti. Innanzitutto, hanno ricostruito immagini 3D dettagliate delle fibre muscolari con anisotropia e informazioni sulla fase, ottenendo una visione chiara dei singoli filamenti muscolari. Ciò ha importanti implicazioni per scopi diagnostici.
"L'imaging strutturale ad alto contrasto e ad alta risoluzione dei segnali intrinseci nelle fibre muscolari scheletriche è importante per il rilevamento tempestivo dei cambiamenti nell'organizzazione miofibrillare che possono portare a miopatie scheletriche", spiega il dottor Horstmeyer. "Attualmente, il tessuto muscolare 3D viene generalmente ripreso mediante sistemi complessi e costosi, come la microscopia con generazione di seconda armonica (SHG). In particolare, il nostro sistema economico basato su LED ha mostrato risultati simili a quelli descritti in letteratura sull'imaging SHG."
Successivamente, i ricercatori hanno analizzato un campione di tessuto cardiaco affetto da amiloidosi cardiaca, una malattia altamente letale che colpisce oltre 12.000 pazienti solo negli Stati Uniti.
"Nella pratica attuale, il tessuto cardiaco sottoposto a biopsia viene prima congelato e tagliato a fette sottili, quindi colorato con un colorante rosso e ispezionato al microscopio a polarizzazione incrociata", commenta il dottor Xu. "Nelle nostre misurazioni, la struttura della ricostruzione dell'anisotropia era altamente correlata con l'immagine polarizzata incrociata colorata che raffigurava le caratteristiche dell'amiloidosi. Pertanto, l'approccio proposto potrebbe essere potenzialmente utile per rapide ispezioni in loco in futuro."
Nel complesso, T 2 oFu sembra essere una tecnica potente e pratica che potrebbe rendere la polarizzazione e l'imaging di fase più facilmente accessibili. Si spera che ulteriori perfezionamenti rendano questo strumento disponibile a un numero maggiore di scienziati e medici, aprendo la strada a una migliore diagnostica e a una comprensione più profonda del nostro corpo.
Ulteriori informazioni: Shiqi Xu et al, Pitcografia di Fourier tomografica tensoriale con applicazioni all'imaging del tessuto muscolare, Fotonica avanzata (2024). DOI:10.1117/1.AP.6.2.026004
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