Tomografía Óptica Coherente


5a_n19Hola…hola…hola…hola… ¿Quién no ha hecho esto en alguna pendiente pronunciada frente a una enorme montaña? A esta curiosa experiencia se le conoce como eco. Pero en realidad no es necesario viajar hasta las faldas de Everest para escuchar nuestro eco; de hecho, basta encontrarse en un salón vacío para percibir los efectos de la reverberación (múltiples reflexiones del sonido). El eco es justamente esto, una reflexión de la onda acústica sobre un objeto frente a la fuente emisora del sonido. Además de generarnos cierto sentimiento de compañía en las montañas, el eco puede tener aplicaciones prácticas muy importantes. Por ejemplo si uno conoce la velocidad de una onda acústica y se toma la molestia de medir el tiempo de viaje de nuestra palabra “hola”, es posible determinar con una precisión aceptable la distancia a la que se encuentra el objeto reflector. Una aplicación tecnológicamente más refinada (pero en esencia lo mismo) es la llamada técnica de ultrasonido. En éste se emplean dispositivos generadores de ultrasonido (ondas sonoras con frecuencias más allá de la región audible humana). Emitiendo “pulsos” uno puede detectar los ecos de éstos y definir de esta forma las distancias a las que se encuentran distintas capas del interior del objeto bajo prueba. La tecnología actual es tal que estos sistemas no sólo estiman estas distancias sino incluso son capaces de reconstruir formas completas y de aquí las asombrosas imágenes de bebés aún no nacidos. A pesar del enorme éxito de esta técnica tiene limitaciones para ciertas necesidades tecnológicas. Por ejemplo, a pesar de su gran capacidad de penetración (varios centímetros) su resolución es de tan sólo de algunas décimas de milímetro (en notación científica decimos 0.1E-3, o simplemente 100 micrómetros, 100E-6). La técnica de la Tomografía Óptica Coherente, OCT, por sus siglas en inglés, funciona conceptualmente de manera similar al ultrasonido. Aquí, en lugar de ecos, se aprovechan las propiedades de baja “coherencia” de la luz. La coherencia podemos verla de manera simple como la capacidad para que dos o más haces de luz puedan interferir produciendo, por ejemplo, patrones de interferencia. Cuando se tienen haces de luz que permiten observar estos efectos de interferencia decimos que son coherentes. Ejemplos de estos haces son los láseres. Por otro lado, cuando la luz no permite observar estos patrones de interferencia decimos simplemente que son haces no coherentes. La luz del sol, nuestras lámparas o de una vela por ejemplo son fuentes de luz no coherente. Y qué bueno que son así, porque si no ¡nuestro mundo estaría plagado de manchas oscuras y brillantes (patrones de interferencia)! Sin embargo, esta situación no es del todo cierta; es decir ni los láseres son totalmente coherentes ni la luz del sol es completamente incoherente. Prueba de ello son las franjas multicolores que se observan en las burbujas de jabón, las cuales funcionan como películas delgadas que generan una multitud de haces de luz que se reflejan en las interfaces aire-burbuja-aire y que ¡interfieren entre ellas! Decimos entonces que podemos tener fuentes de luz parcialmente coherentes. Los sistemas de Tomografía Óptica Coherente, aprovechan las fuentes de luz parcialmente coherentes como sigue: sin entrar en detalles técnicos, podemos pensar que estos sistemas lanzan un haz de luz a un dispositivo divisor (un vidrio de ventana hace esto mismo, por ejemplo). Este divisor lanza una parte de la luz a la muestra que se analiza y ésta refleja luz que está compuesta por distintos haces, los cuales fueron reflejados en distintas capas a distintas profundidades del objeto. Por otra parte, otra porción del haz viaja hasta un espejo, que puede moverse y cuantificar este movimiento, éste refleja nuevamente este haz hacia un punto en donde también se ha lanzado el haz reflejado por el objeto. Si pensamos que el objeto que analizamos está compuesto por distintas capas, entonces éste está formado por distintos haces que se han reflejado en cada una de estas capas. Gracias a las propiedades de la luz parcialmente coherente resulta que sólo podemos observar interferencias cuando nuestro espejo movible se encuentra a la misma distancia que alguna de las capas que forman nuestra muestra. Esto significa básicamente que si el espejo no está a la misma distancia que alguna capa ¡no vemos interferencia! Por lo tanto simplemente observando cuando hay interferencia ¡podemos determinar la posición de cada capa!

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Imagen tomada de
http://www.cc.gatech.edu/grads/y/yliu88/project/macula_pathology/img/OCT_machine.PNG

Básicamente observamos “ecos” de luz en cada capa, la enorme diferencia con el ultrasonido es que la resolución aquí es de algunas decenas de micrómetros (¡del orden de mil veces más grande que la del ultrasonido!). Con esta técnica es posible estimar, por ejemplo, las distintas capas de la piel, los vasos capilares e incluso la topografía de una huella digital.

En el Laboratorio de Electrónica y Optoelectrónica, LEyO, en la Facultad de Ciencias Físico Matemáticas, FCFM, de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, se tiene un sistema de OCT. Con este sistema hemos podido medir distancias tan pequeñas como 20 micrómetros (20E-6). Con esta máquina es posible realizar un escaneo bidimensional para, por ejemplo, observar distintas capas formadas por un apilamiento de hojas de acetato. El sistema de OCT es capaz de distinguir hasta aproximadamente cuatro hojas de acetato. Esperamos que en un tiempo cercano podamos emplear este sistema para hacer mediciones en la retina y poner así a la BUAP a la vanguardia en este tipo de sistemas. ¿Quieres saber más? Visítanos en la FCFM o ¡googlea OCT!

* jcastill@fcfm.buap.mx