Sistema SFDI ultraminiatura para microendoscopia permite diagnóstico temprano de cánceres GI

Los cánceres gastrointestinales (CG) se encuentran entre los tipos de cáncer más prevalentes y contribuyen a una proporción significativa de las muertes relacionadas con el cáncer en todo el mundo. La detección temprana es clave para reducir las tasas de mortalidad asociadas con los CG, y la detección endoscópica es eficaz para identificar tumores potencialmente malignos. Para una aplicación generalizada de los programas de detección, la tecnología de imágenes utilizada debe ser rentable de producir y operar, manteniendo al mismo tiempo una alta precisión para garantizar bajas tasas de diagnósticos pasados por alto. Para lograr esto, los investigadores han estado explorando varias técnicas de imágenes, incluida la prometedora imagen en el dominio de frecuencia espacial (SFDI). SFDI implica proyectar un patrón de luz 2D repetido en el área objetivo y analizar la intensidad de los patrones de luz reflejados para deducir información sobre las propiedades ópticas del tejido, lo que ayuda en la detección de lesiones cancerosas. A pesar de su simplicidad y asequibilidad, el gran tamaño de los sistemas SFDI actuales los hace demasiado grandes para caber dentro de endoscopios estándar, lo que limita su aplicación en la detección de CG.

Ahora, investigadores de la Universidad de Nottingham (Nottingham, Reino Unido) han desarrollado un nuevo dispositivo SFDI para endoscopia gastrointestinal, lo que podría ampliar el acceso a la detección de GC. Los sistemas existentes no son adecuados para el uso endoscópico regular en el tracto gastrointestinal debido a su dependencia de costosos y grandes proyectores basados en dispositivos de microespejos digitales, la producción de patrones de baja calidad utilizando haces de fibras o la falta de flexibilidad de los endoscopios rígidos. Para abordar estos desafíos, el equipo desarrolló un sistema SFDI ultraminiatura utilizando un haz de fibra óptica personalizado como proyector. Este haz consta de siete fibras ópticas individuales, cada una de las cuales se puede conectar a fuentes láser de diferentes longitudes de onda.

Imagen: El sistema SFDI ultraminiatura está diseñado para incorporarse a los colonoscopios (Fotografía cortesía de la Universidad de Nottingham)

El sistema genera un patrón sinusoidal 2D en el tejido objetivo al alimentar una única longitud de onda láser en dos fibras diferentes, aprovechando el fenómeno de interferencia. Al seleccionar diferentes pares de fibras, se pueden ajustar las características espaciales del patrón y se pueden proyectar simultáneamente patrones con hasta tres longitudes de onda (como verde, rojo y azul). Los investigadores han ensamblado un prototipo de sistema SFDI de sólo 3 mm de diámetro, junto con una cámara ultraminiatura (1 mm x 1 mm). Un algoritmo personalizado perfecciona aún más el sistema al rastrear las desviaciones de fase en los patrones proyectados, mejorando la claridad de los perfiles de absorción y dispersión.

Las pruebas con fantasmas de tejido que imitaban tejidos sanos y cancerosos demostraron la capacidad del dispositivo para diferenciar claramente entre los dos tipos. Las tasas de especificidad y sensibilidad para detectar el carcinoma de células escamosas superaron el 90 %, comparable a los estándares actuales de dispositivos médicos. Los investigadores creen que el sistema podría miniaturizarse aún más hasta un diámetro de 1,5 mm, lo que permitiría procedimientos endoscópicos aún menos invasivos. Su capacidad para obtener imágenes de múltiples longitudes de onda significa que puede capturar información óptica a varias profundidades de tejido, lo que facilita el análisis simultáneo de múltiples capas de tejido. Estos hallazgos resaltan el potencial de este novedoso método de imágenes con fines de diagnóstico en la detección del cáncer gastrointestinal.

"Nuestro prototipo es prometedor como herramienta de imágenes cuantitativa y rentable para detectar variaciones en la absorción y dispersión óptica como indicadores de cáncer", dijo la investigadora Jane Crowley de la Universidad de Nottingham. "Este trabajo podría formar la base de nuevos dispositivos adecuados para un despliegue endoscópico rentable para la detección de cánceres gastrointestinales".

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Universidad de Nottingham