Några år sedan, Edoardo Charbon, en EPFL-professor och chef för Advanced Quantum Architecture Laboratory, presenterade en ny, ultrahög effektkamera kallad Swiss SPAD2. Hans enhet var den första som kunde fånga och räkna den allra minsta formen av ljuspartikel:fotonen. Den kan också generera 3D-bilder och beräkna skärpedjup genom att mäta hur lång tid det tar för en foton att resa från kameran till ett objekt.

Sedan dess, Charbon har finjusterat sin uppfinning ytterligare. Han skickade den till en kollega vid Dartmouth College i New Hampshire så att de kunde arbeta tillsammans om tekniken. Genom att slå samman sina ansträngningar, de kunde fotografera, identifiera och lokalisera tumörer i mänsklig vävnad.

Deras metod går ut på att projicera rött ljus på ett område av sjuk vävnad med en laser samtidigt som kameran tar en bild av området. "Rött är en färg som kan tränga djupt in i mänsklig vävnad, " säger Charbon. Vävnaden injiceras också med ett fluorescerande kontrastmedel som bara fäster på tumörceller.

En mindre än en nanosekunds fördröjning

När de röda ljuspartiklarna når en tumör, de beter sig något annorlunda än när de passerar genom frisk vävnad. Mer specifikt, det tar längre tid för dem att återgå till den punkt de skickades från. Och det är den här tidsskillnaden som ger forskarna den information de behöver för att rekonstruera tumören. "Fördröjningen är mindre än en nanosekund, men det räcker för att vi ska kunna generera en 2D- eller 3D-bild, " säger Charbon. Tack vare detta tillvägagångssätt, deras nya system kan exakt identifiera en tumörs form, inklusive dess tjocklek, och lokalisera den i en patients kropp. Tidsfördröjningen beror på det faktum att när rött ljus kommer i kontakt med en tumör, den förlorar en del av sin energi. "Ju djupare in i en tumör ljuset färdas, desto mer tid tar det att återvända. Det gör att vi kan konstruera en bild i tre dimensioner, säger Charbon. Tills nu, forskare har varit tvungna att välja mellan att identifiera en tumörs djup eller dess placering. Men med denna nya teknik, de kan ha båda.

I dag, Kirurger kan använda MRT för att lokalisera en tumör - men uppgiften blir mycket svårare när de väl är i operationssalen. Charbons teknologi syftar till att hjälpa kirurger med den känsliga uppgiften att ta bort en tumör. "Bilderna som genereras av vårt system låter dem se till att de har tagit bort all cancervävnad och att inga små bitar finns kvar, säger Claudio Bruschini, en vetenskapsman i Charbons labb. Forskningen publicerades nyligen i Optica och kan också användas i medicinsk bildbehandling, mikroskopi och metrologi.