Endoscopio nano-óptico mejora tomografía de coherencia óptica

Los nuevos endoscopios ópticos basados en la tecnología de súper lentes pueden obtener una imagen profunda en el tejido con una resolución significativamente más alta que la proporcionada por los diseños actuales de catéteres de imagenología.

El endoscopio nano-óptico, desarrollado conjuntamente en el Hospital General de Massachusetts (MGH, Boston, EUA) y la Universidad de Harvard (Cambridge, MA, EUA), integra con éxito un súper lente (una superficie plana que usa nanoestructuras con el fin de modificar y enfocar la fase de la luz incidente a niveles de sub-longitud de onda) en el diseño de un catéter de tomografía de coherencia óptica (OCT) endoscópica. El resultado es un endoscopio óptico que logra imágenes cercanas a la difracción limitadas a través de la negación de las aberraciones no cromáticas.

La dispersión cromática adaptada de los súper lentes, en el contexto de la interferometría espectral, se utiliza para mantener imágenes de alta resolución más allá del campo de entrada del rango de Rayleigh, lo que facilita el equilibrio entre la resolución transversal y la profundidad de foco. Para demostrar la calidad de imagen del endoscopio nano-óptico, los investigadores obtuvieron imágenes de la pulpa de fruta, las vías respiratorias de cerdos y ovejas y resecaron el tejido pulmonar humano. Las imágenes capturadas mostraban claramente las estructuras celulares en las capas de tejido, en la pulpa de frutas y en las glándulas finas en la mucosa bronquial de cerdos y ovejas.

En el tejido pulmonar humano, los investigadores pudieron identificar claramente las estructuras correspondientes a las glándulas finas e irregulares que indican la presencia de adenocarcinoma, el tipo más prominente de cáncer de pulmón. Los investigadores ahora apuntan a explorar otras aplicaciones para el endoscopio nano-óptico, incluyendo un endoscopio nano-óptico sensible a la polarización, que podría contrastar los tejidos que tienen estructuras altamente organizadas, como el músculo liso, el colágeno y los vasos sanguíneos. El estudio fue publicado el 30 de julio de 2018 en la revista Nature Photonics.

“Los súper lentes basados en ópticas planas son una tecnología que cambia las reglas del juego, porque el control de las distorsiones de imagen necesarias para obtener imágenes de alta resolución es sencillo en comparación con la óptica convencional, que requiere múltiples lentes de forma compleja”, dijo el coautor, el profesor Federico Capasso, PhD, de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Harvard (SEAS). “Estoy seguro de que esto llevará a una nueva clase de sistemas ópticos e instrumentos con una gama amplia de aplicaciones en muchas áreas de la ciencia y la tecnología”.

“La adopción clínica de muchas modalidades de microscopía endoscópica de vanguardia se ha visto obstaculizada debido a la dificultad de diseñar catéteres en miniatura que logran la misma calidad de imagen que los voluminosos microscopios de escritorio”, dijo la coautora, Melissa Suter, MD, del MGH. “El uso de catéteres nano-ópticos que incorporan súper lentes en su diseño probablemente cambie el panorama del diseño del catéter óptico, lo que resulta en un aumento dramático en la calidad, la resolución y la funcionalidad de la microscopía endoscópica”.

En lugar de utilizar piezas sólidas de clase curva para enfocar la luz, los súper lentes están cubiertos con una serie de nanoaletas de dióxido de titanio que ayudan a enfocar la luz en un punto, exactamente de la misma manera. Un beneficio importante de los súper lentes es que pueden eliminar completamente la aberración cromática, un problema común en los lentes ópticos. La aberración cromática ocurre cuando una lente no enfoca todos los colores en el mismo punto, causando que los bordes del arco iris aparezcan en las áreas de contraste en las fotos.