Endoscopio ultrafino cabe dentro de la aguja para guiar la cirugía mínimamente invasiva

Las imágenes fotoacústicas funcionan emitiendo pulsos de luz sobre las estructuras absorbentes del cuerpo, como los glóbulos rojos o el ADN. Luego, las estructuras generan ondas acústicas que pueden ser detectadas por sensores de ultrasonido y utilizadas para formar imágenes que pueden resolver información molecular, estructural y funcional debajo de la superficie del tejido. Al combinar luz y sonido para crear imágenes en 3D, las imágenes fotoacústicas pueden proporcionar información clínica importante, pero hasta ahora los instrumentos han sido demasiado voluminosos o demasiado lentos para su uso práctico como endoscopios de visión frontal. Ahora, los investigadores han creado una sonda de endoscopio de imágenes fotoacústicas que puede caber dentro de una aguja médica con un diámetro interior de solo 0,6 milímetros.

El endoscopio ultrafino, desarrollado por investigadores de la Escuela de Ingeniería Biomédica y Ciencias de la Imagen del King's College de Londres (Londres, Reino Unido), consta de dos fibras ópticas, cada una de aproximadamente el diámetro de un cabello humano. Aunque se han desarrollado sondas de endoscopia fotoacústica basadas en fibra, por lo general requieren un detector de ultrasonido voluminoso o tienen una velocidad de imagen baja. En el nuevo trabajo, los investigadores superaron ambos desafíos al combinar la conformación de haz basada en frente de onda con detección de ultrasonido basada en luz y un algoritmo rápido para controlar el dispositivo. Esta combinación única les permitió crear una sonda extremadamente pequeña sin sacrificar la velocidad de obtención de imágenes.

La nueva sonda utiliza dos fibras ópticas delgadas, una para llevar la luz pulsada, utilizada para generar las ondas fotoacústicas y la otra para la detección de ultrasonido. Para la luz de excitación, se utiliza un dispositivo de microespejo digital de alta velocidad para escanear un punto de luz bien enfocado. Este dispositivo tiene casi un millón de espejos diminutos que se pueden voltear de forma independiente a decenas de miles de cuadros por segundo para cambiar el frente de onda de la luz para que se pueda enfocar y escanear rápidamente. Para la detección por ultrasonido, los investigadores desarrollaron un microrresonador óptico, una estructura diminuta hecha para confinar la luz, que podría fabricarse en la punta de una fibra óptica. Cuando las ondas de sonido golpean el microrresonador, su grosor cambia, lo que, a su vez, modifica la cantidad de luz que se refleja de nuevo en la fibra, lo que permite la detección óptica de las ondas acústicas.

Para demostrar el nuevo dispositivo, los investigadores lo utilizaron para adquirir imágenes de alta resolución de glóbulos rojos de ratón que cubrían un área de 100 micrones de diámetro. Los investigadores señalan que el rendimiento de la imagen no se degradó sustancialmente cuando se escaneó la sonda, lo que sugiere que no se ve afectada por la flexión moderada de la fibra. Sin embargo, como un paso hacia el uso clínico, investigarán más a fondo cómo la flexión de fibra compleja o las configuraciones semirrígidas afectan el desempeño de la imagen. También dicen que la inteligencia artificial podría usarse para aumentar la velocidad de las imágenes.

"Los endoscopios tradicionales basados en luz solo pueden resolver la información anatómica del tejido en la superficie y tienden a ser grandes", dijo Wenfeng Xia, líder del equipo de investigación de la Escuela de Ingeniería Biomédica y Ciencias de Imágenes del King's College de Londres. “Nuestro nuevo endoscopio delgado puede resolver la información molecular y estructural del tejido a escala subcelular en 3D en tiempo real y es lo suficientemente pequeño como para integrarse con dispositivos médicos intervencionistas que permitirían a los médicos caracterizar el tejido durante un procedimiento”.

“La velocidad de generación de imágenes de esta sonda de endomicroscopia fotoacústica es dos órdenes de magnitud mayor que las reportadas anteriormente”, agregó Xia. “Eventualmente podría permitir la caracterización 3D del tejido durante varios procedimientos mínimamente invasivos, como las biopsias de tumores. Esto podría ayudar a los médicos a identificar el área correcta para usarse como muestra, lo que aumentaría la precisión del diagnóstico”.

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