Imagistica medicală și cea industrială ar putea deveni în curând mult mai compacte și mai eficiente, după ce cercetători din Australia au prezentat două tehnologii diferite care au un principiu comun: comprimarea a două funcții de imagistică într-un singur element. O echipă a dezvoltat o metasuprafață capabilă să vadă obiecte microscopice aproape invizibile, funcționând ca „două dispozitive într-unul singur”, în timp ce o altă echipă, de la Universitatea Monash, a creat o metodă de radiografie care scanează simultan două probe suprapuse, dublând potențial randamentul unei scanări.
- Cercetătorii de la centrul TMOS au realizat o metasuprafață care efectuează microscopie cantitativă de fază fără a mișca componente fizice.
- La Universitatea Monash a fost dezvoltată tehnica DSI, care obține imagini din două probe suprapuse într-o singură scanare cu raze X.
- Ambele metode țintesc dispozitive de imagistică mai mici, mai rapide și mai ușor de dus la locul investigației.
O singură suprafață care înlocuiește două măsurători
Prima cercetare, publicată în revista Nanophotonics, a fost condusă de profesoara Ann Roberts și de doctorandul Haiwei Wang, în cadrul Centrului de Excelență ARC pentru Sisteme Meta-Optice Transformative (TMOS), reunind echipe de la nodurile RMIT University și The University of Melbourne.
Miza este capacitatea de a vizualiza obiecte microscopice aproape complet transparente — o sursă esențială de informație pentru diagnosticarea bolilor și pentru cercetarea fundamentală. Tehnica principală folosită în acest scop se numește „microscopie de fază”, în care imaginea se construiește din micile deplasări ale poziției relative a crestelor și văilor undelor de lumină, în locul intensității câmpului luminos folosite de o cameră obișnuită. Astfel, proba poate fi observată fără metode precum colorarea, care consumă timp și pot altera eșantionul.
Obiectivul echipei nu a fost doar obținerea de imagini de contrast de fază, ci realizarea microscopiei cantitative de fază (QPM), care oferă valoarea exactă a deplasării fazei prin fiecare regiune a imaginii. Aceasta permite măsurători obiective ale unor proprietăți precum indicele de refracție și greutatea uscată a țesuturilor.
Cum a fost eliminată nevoia de a roti aparatul
Metasuprafețele sunt structuri de dimensiuni comparabile cu lungimea de undă a luminii, montate pe o suprafață ultra-subțire, ceea ce le permite să interacționeze cu lumina în moduri imposibile pentru materialele naturale. Pentru a obține compactitatea, cercetătorii au proiectat o metasuprafață „nonlocală”, care procesează imaginea ca întreg și poate fi plasată direct în fața probei, fără spații mari între elementele optice.
QPM completă presupune însă măsurarea modului în care se schimbă faza pe două direcții perpendiculare, adică două imagini separate. În mod normal, între cele două capturi metasuprafața ar trebui rotită sau înlocuită. Echipa a rezolvat problema construind două seturi de structuri pe aceeași suprafață, fiecare sensibil la o altă lungime de undă, astfel încât funcția să poată fi aleasă doar schimbând culoarea luminii.
„Aceste tehnici au fost folosite destul de mult, dar nu în modul în care am făcut-o noi… Aici le aplicăm pentru a accesa funcționalități diferite, ceea ce nu s-a mai făcut înainte”, a explicat Haiwei Wang.
De la microscop la un senzor de dimensiunea unui telefon
Potențialul acestei tehnologii vizează dispozitive mai mici, utile în diagnosticarea unor boli precum anemia falciformă, diverse tipuri de cancer și afecțiunile neurodegenerative, care se bazează pe observarea formei și a tiparelor de creștere ale celulelor. „Cred că ar putea intra în dispozitive mici pe care le-ai putea duce în cabinete de proximitate… în loc să cari un sistem de microscop uriaș, putem încerca să îl introducem într-un dispozitiv mai mic, ca un microscop pe un smartphone”, a spus Wang. El recunoaște că rămân obstacole pe termen scurt legate de costurile echipamentelor auxiliare și de fabricație.
Radiografia care transformă suprapunerea într-un avantaj
În paralel, cercetătorii de la Universitatea Monash au prezentat o tehnică de imagistică cu raze X capabilă să fotografieze două probe suprapuse în același timp. Metoda, numită imagistică multimodală cu două probe (DSI), extrage informații detaliate din două obiecte într-o singură scanare și a fost descrisă în revista Optica.
Spre deosebire de imagistica multimodală convențională cu raze X, care analizează câte o singură probă, DSI separă și reconstruiește imaginile ambelor obiecte suprapuse fără scanări suplimentare. „În loc să tratăm un al doilea obiect ca pe ceva care încurcă vederea celuilalt eșantion, îl folosim ca să ne ajute să creăm imaginea”, a declarat coordonatoarea studiului, dr. Marie-Christine Zdora, de la Facultatea de Fizică și Astronomie. „Fiecare probă devine practic parte a sistemului de imagistică pentru cealaltă.”
Imagistica multimodală modernă oferă mai mult decât o radiografie standard: pe lângă imaginile de absorbție, dezvăluie contrastul de fază și informația de câmp întunecat, care oferă perspective suplimentare asupra structurii interne a materialelor. Testată pe o serie de probe biologice și dispozitive microelectronice, DSI a produs o calitate a imaginii comparabilă cu metoda clasică, imaginând simultan două probe.
Zdora a subliniat că este vorba despre o demonstrație de principiu. „Sperăm să extindem tehnica la imagistica tridimensională și să o transferăm de la instalațiile de tip sincrotron către sistemele de raze X de laborator, apropiind-o de aplicațiile industriale practice”, a spus ea. Printre utilizările viitoare menționate se numără inspecția componentelor electronice, a materialelor compozite, a produselor farmaceutice și a alimentelor ambalate, dar și cercetarea biologică și medicală.
Analizate împreună, cele două rezultate arată o direcție comună în imagistică: în loc să adauge dispozitive și scanări, cercetătorii încearcă să obțină mai multă informație din mai puțin. Pentru un cititor interesat de sănătate și tehnologie, asta înseamnă că, pe termen lung, investigațiile care astăzi cer aparate voluminoase de laborator ar putea deveni mai rapide, mai ieftine și mai apropiate de pacient — deși ambele echipe avertizează că trecerea de la laborator la utilizarea practică va mai dura.
Ați vrea ca astfel de tehnologii de imagistică compactă să ajungă în cabinetele medicale de proximitate? Spuneți-ne în comentarii ce aplicații vi s-ar părea cele mai utile.
