Mediciones más rápidas y eficientes con un nuevo sistema de espectroscopia de correlación difusa resuelta en el dominio de tiempo

La espectroscopia de correlación difusa resuelta en el dominio del tiempo es una técnica de imagen no invasiva que se usa para medir el flujo sanguíneo y proporciona información valiosa sobre la perfusión microvascular de los tejidos. Esta técnica utiliza un láser pulsado para emitir pulsos cortos de luz, que atraviesa los tejidos biológicos y se dispersa creando un patrón de motas de luz, que es detectado en un detector donde se mide la función de autocorrelación de intensidad.

Aunque este método ofrece una resolución de profundidad y permite saber las propiedades ópticas del medio, tiene dos limitaciones importantes. En primer lugar, se necesita un láser pulsado con alta coherencia temporal. Y, además, es considerada una técnica “privada de fotones”, ya que detecta un número relativamente pequeño de fotones debido a las bajas propiedades de dispersión y absorción.

Ahora, un equipo de investigadores publica en la revista Scientific Reports un nuevo sistema que aborda estas limitaciones. El estudio es una colaboración de los investigadores de ICFO Veronika Parfentyeva y Marco Pagliazzi, liderados por el Prof. ICREA en ICFO Turgut Durduran; Lorenzo Colombo, Pranav Lanka, Alberto Dalla Mora, Rebecca Re, Davide Contini, Alessandro Torricelli y Antonio Pifferi, investigadores de la universidad Politecnico di Milano; los investigadores Annalisa Brodu y Niels Noordzij de Single Quantum BV y Mirco Kolarczik, investigador en Swabian Instruments GmbH. 

Mediciones más rápidas y precisas

El sistema que se describe en el estudio utiliza un detector de fotones simples de nanocables superconductore, que ofrece un rendimiento mejorado en comparación con los detectores convencionales. Tiene una mayor eficiencia en la detección de fotones; menor ruido de conteo oscuro, lo que hace que las mediciones sean más fiables; un tiempo de decaimiento posterior al pulso rápido, lo que significa que se recupera rápidamente y permite mediciones más rápidas; y una sincronización más precisa de los fotones detectados.

Para probar y caracterizar el sistema los investigadores utilizaron unos materiales llamados “phantoms” que imitan los tejidos biológicos, y luego realizaron varios experimentos en vivo con voluntarios adultos. Colocando la sonda de medición en la frente de los participantes, los investigadores primero realizaron un "Protocolo de estado de reposo", en el que se les pedía a los sujetos que se acostaran boca arriba y siguieran respirando a su ritmo y profundidad de respiración normales, cerrando los ojos durante siete minutos. Luego probaron un segundo protocolo en el que se les pidió que soplaran, tres veces, en una pajita vacía que estaba cerrada en el otro extremo.

Tras los experimentos, los investigadores vieron que el sistema proporcionaba mediciones más rápidas y precisas de la dinámica del flujo sanguíneo en vivo. Ofrecía una mejor detección de fotones, menos ruido de fondo, se recuperaba rápidamente y tenía una sincronización más precisa, permitiendo medir más rápidamente y brindando resultados más limpios y rigurosos. Estas mejoras en la sensibilidad y la velocidad ofrecen un potencial prometedor para diversas aplicaciones médicas, incluida la monitorización de la hemodinámica cerebral.

Además, los resultados publicados en el estudio han dado lugar al inicio de FastMOT, un proyecto financiado por la Comisión Europea en el que seis socios unirán sus fuerzas para desarrollar un sensor de luz de ultra alto rendimiento en diferentes técnicas de imagen, con el objetivo de mejorar radicalmente el rendimiento de las técnicas de escaneo con óptica difusa.