Uma equipe de pesquisadores do Reino Unido projetou um novo endoscópio que usa som e luz para obter imagens de amostras de tecido em escala molecular, baseado em um detector pequeno o suficiente para caber dentro de uma agulha médica. Em seu estudo, Wenfeng Xia e colegas de Faculdade Londres do rei e University College London melhorou vários aspectos importantes da técnica de imagem fotoacústica – garantindo tempos de imagem rápidos sem sacrificar o tamanho do equipamento necessário.
A endoscopia fotoacústica é uma técnica de ponta que combina ultrassom com imagens endoscópicas ópticas para construir imagens médicas em 3D. Funciona enviando pulsos de laser através da fibra óptica de um endoscópio, que são absorvidos por estruturas microscópicas dentro do corpo. À medida que absorvem a energia da luz, essas estruturas geram ondas acústicas – que são captadas por um detector piezoelétrico de ultrassom e convertidas em imagens.
A técnica permite aos pesquisadores identificar uma ampla gama de estruturas microscópicas: desde células individuais até filamentos de DNA. Ele já aborda muitas limitações dos endoscópios puramente ópticos, incluindo a sua incapacidade de penetrar através de mais do que algumas camadas de células. No entanto, apesar destas vantagens, a endoscopia fotoacústica ainda enfrenta um compromisso: para atingir velocidades de imagem mais elevadas, necessita de detectores de ultra-som mais volumosos e mais caros, limitando a sua aplicabilidade em cirurgia minimamente invasiva.
Para enfrentar este desafio, a equipe de Xia introduziu uma nova abordagem. O design – relatado em Óptica Biomédica Expressa – primeiro apresenta um “microespelho digital” contendo um conjunto de quase um milhão de espelhos microscópicos, cujas posições podem ser ajustadas rapidamente. Os pesquisadores usaram essa configuração para moldar com precisão as frentes de onda dos feixes de laser usados para escanear as amostras.
Em vez de um detector de ultrassom piezoelétrico, os pesquisadores introduziram um microrressonador óptico muito menos volumoso. Ajustando-se à ponta de uma fibra óptica, este dispositivo contém um espaçador de epóxi deformável imprensado entre um par de espelhos especializados. As ondas de ultrassom que chegam deformam o epóxi, alterando a distância entre os espelhos. Isso leva a alterações nas alterações de refletividade do microrressonador à medida que o endoscópio é escaneado em amostras.
Quando interrogadas com um segundo laser, aplicado na ponta do endoscópio ao longo de uma fibra óptica separada, essas variações alteram a quantidade de luz refletida de volta ao longo da fibra. Ao monitorar essas mudanças, um algoritmo desenvolvido pela equipe pode construir imagens da amostra e usá-las para calcular como a frente de onda do laser de varredura pode ser ajustada para produzir imagens mais otimizadas. Com esta informação, o microespelho digital é ajustado adequadamente e o processo se repete.
Ao ajustar a distância focal do feixe de laser de varredura, o endoscópio também pode varrer amostras de suas superfícies até profundidades de 20 µm – permitindo que a equipe de Xia construa imagens 3D otimizadas em tempo real.
Para demonstrar essas capacidades únicas, os pesquisadores usaram seu dispositivo para obter imagens de um aglomerado de glóbulos vermelhos de camundongos, espalhados por uma área de aproximadamente 100 µm de diâmetro. Ao unir um mosaico de varreduras fotoacústicas, o endoscópio produziu imagens 3D das células, a velocidades de cerca de 3 quadros por segundo.
Com base no seu sucesso, Xia e colegas esperam agora que o seu endoscópio possa inspirar novos avanços na cirurgia minimamente invasiva – permitindo aos médicos avaliar a composição dos tecidos à escala molecular e celular em tempo real. Em estudos futuros, a equipe terá como objetivo explorar como a inteligência artificial poderia ajudar a aumentar ainda mais a velocidade das imagens fotoacústicas.
