Principios básicos

¿Cómo se propaga la luz en los medios biólogicos?

Absorción y scattering

A diferencia de los rayos X, la radiación lumínica interactúa con el tejido biológico no sólo mediante eventos de absorción, sino también a través de múltiples eventos de scattering, de donde proviene la naturaleza turbia del medio. Esto brinda la posibilidad de obtener propiedades de los tejidos distintas a las observables mediante otras técnicas, constituyendo información complementaria importante para el diagnóstico.

En el estudio de la óptica de medios turbios hay tres parámetros fundamentales que caracterizan al medio: el coeficiente de scattering, el coeficiente de absorción y el coeficiente de anisotropía. El coeficiente de scattering y el de absorción representan la inversa del camino medio entre colisiones y eventos de absorción respectivamente y, por lo tanto, tienen unidades recíprocas de longitud. El coeficiente de anisotropía es un parámetro adimensional que está relacionado con el valor medio del coseno del ángulo entre la dirección de incidencia y la dirección de salida posterior a un evento de scattering.

Diferentes estudios médicos muestran que las propiedades ópticas difieren entre neoplasmas malignos y benignos , por lo que las técnicas basadas en óptica de medios turbios pueden discriminar la malignidad de tumores ubicados en zonas ópticamente accesibles.




Ventana Óptica

La absorción de los diferentes componentes que conforman un tejido biológico típico depende de la longitud de onda (color) de la luz que lo atravieza. En particular, la absorción es relativamente baja entre 750 nm y 950 nm. Por debajo de 600 nm la hemoglobina absorbe mucho y por zarriba de 1100 nm el agua empieza a dejar de ser transparente.

Es en esta zona de longitudes de ondas, del rojo y el infrarrojo cercano, llamada NIR (por su siglas en inglés: near infrarred), donde el desarrollo de métodos de formación de imágenes con radiación lumínica se hace viable ya que la radiación puede penetrar varios centímetros.




Transmitancia y reflectancia

Es posible obtener información óptica de una muestra utilizando tanto diferentes disposiciones geométricas de detección. Las fuentes y detectores puden estar dentro del tejido; pueden estar en la misma cara; o pueden estar en caras opuestas.

Cuando las fuentes y los detectores estan en caras opuestas, se utiliza la luz difusamente transmitida por el tejido para inferir su composición. Asi es como trabajan los sistemas de Rayos X, por ejemplo. En optica de biomédica esto es llamado transmitancia difusa.

Si, en cambio las fuentes y los detectores estan en la misma cara, se utiliza la luz difusamente reflejada para obtener información del tejido. Esto es llamado reflectancia difusa.

La región exacta explorada dependerá de la posición de los fuentes y detectores y del camino que la luz haga entre ellos.