Medische toepassingen van licht, in menselijk weefsel kijken, worden vaak beperkt door de sterk verstrooiende aard van weefsel. intuïtief, er wordt uitgegaan van een ondergrens van één foton per camerapixel. Wetenschappers van de Universiteit Twente in Nederland en Caltech in Pasadena, VS, bewijzen dat de ondergrens in werkelijkheid veel lager is, waardoor mogelijkheden worden geopend om met minder licht dieper in het weefsel te gaan.

Hoe stuur je licht door verstrooiend weefsel en hoeveel licht heb je daar eigenlijk voor nodig? Eén foton per pixel van de camera zou de ondergrens zijn, je zou kunnen zeggen. Opmerkelijk, je kunt veel lager gaan, onderzoekers van UT en Caltech tonen in Fysieke beoordelingsbrieven .

Hoewel licht veelbelovende biomedische toepassingen heeft, bijvoorbeeld voor het meten van de bloedsomloop of het opsporen van tumoren, de diepte wordt beperkt door de zware verstrooiing van het weefsel. Hoeveel licht heb je eigenlijk nodig? De nieuwe resultaten van onderzoekers van de Universiteit Twente in Nederland en Caltech in Pasadena, laat zien dat de intuïtieve ondergrens van één foton per pixel eigenlijk niet de ondergrens is. Dankzij het golvende karakter van licht, zelfs een paar duizendste van een foton per pixel is voldoende. Om verschillende redenen, dit is goed nieuws, omdat je niet zomaar meer licht kunt gebruiken:te veel ervan kan het weefsel beschadigen.

Terug traceren

De kleine hoeveelheid licht die zijn weg vindt door weefsel, heeft een complexe weg afgelegd. Het is vele malen verspreid, maar vindt uiteindelijk een uitweg. Als het je lukt om langs deze weg terug te gaan, je weet welke golfvorm nodig is om met succes licht door weefsel te sturen. Hoewel je dan niet het exacte pad weet, je weet wel dat er een pad is:je berekent het resultaat terug naar de bron. Op deze manier is het ook mogelijk om licht in weefsel te focussen, waardoor kijken door weefsel of dieper in de hersenen.

Contra-intuïtief

Stel je voor dat niet meer dan 1000 fotonen door weefsel reizen, terwijl de camerachip 200.000 pixels heeft. De eerste gedachte is dat slechts 1000 pixels licht ontvangen, hier en daar een 'spikkeltje' te zien. Dit is niet de juiste veronderstelling, echter. Verschillende pixels kunnen, tegelijkertijd, registreert de informatie van één enkel foton. Omdat licht ook een golf is, één foton kan verschillende paden afleggen. De fase van het licht dat op de camerapixels valt, is altijd een combinatie van het actuele signaal en een referentiebron. Zelfs met een 'ongelijke verhouding' van pixels en fotonen, het volledige beeld is beschikbaar en kan worden teruggerekend naar de bron. Hoewel het beeld minder contrast heeft, het blijft mogelijk om het te reconstrueren. Dat zou je niet verwachten als je fotonen als losse deeltjes ziet. Dit contra-intuïtieve resultaat bewijst dat je veel minder licht nodig hebt om diep in het weefsel te gaan. Dit is goed nieuws voor toepassingen in nieuwe beeldvormingstechnieken, bijvoorbeeld hybride technieken die een combinatie van licht en ultrageluid gebruiken.