Sistema de diseño económico mejora el acceso a la cirugía guiada por fluorescencia

La tecnología de vanguardia se utiliza a menudo en herramientas quirúrgicas avanzadas, pero esto puede limitar su accesibilidad general. Por ejemplo, varios sistemas quirúrgicos guiados por fluorescencia de infrarrojo cercano han sido aprobados para diversos usos médicos, pero enfrentan dos desventajas significativas: tamaño y costo. Estos sistemas suelen ocupar mucho espacio en el quirófano (OR), y algunos requieren asistencia adicional de otro usuario para operar, lo que interrumpe el flujo de trabajo del cirujano.

Además, el alto precio de estos dispositivos los hace inasequibles para muchos centros clínicos, lo que puede afectar los resultados de los pacientes. Para abordar estos desafíos, un equipo de investigación está desarrollando un sistema de cirugía guiada por fluorescencia compacto fabricado con componentes rentables y listos para usar, que podrían reducir drásticamente los costos en comparación con los modelos disponibles actualmente en el mercado.

En la cirugía guiada por fluorescencia para el tratamiento del cáncer, el primer paso consiste en administrar un agente de contraste que se dirige específicamente al tumor. Este agente, conocido como fluoróforo, emite luz cuando se expone a determinadas longitudes de onda, lo que permite al cirujano visualizar los límites del tumor y asegurar la eliminación completa del tejido canceroso mientras se preserva el tejido sano. También ayuda a detectar cualquier tejido maligno que pueda quedar tras el procedimiento.

Se están investigando varios fluoróforos, algunos de los cuales se activan con luz visible, lo que los hace detectables a simple vista. Sin embargo, al igual que el brillo de una luciérnaga, la fluorescencia es más visible en la oscuridad, y apagar las luces del quirófano no es una solución viable. Para superar este problema, los investigadores están explorando fluoróforos que responden a la luz infrarroja cercana.

La luz del infrarrojo cercano, que está justo más allá del espectro visible, puede penetrar los tejidos de manera más efectiva, permitiendo a los cirujanos detectar tumores más profundos dentro del cuerpo. Sin embargo, los ojos humanos no pueden ver la luz del infrarrojo cercano sin una cámara especial que sea sensible a estas longitudes de onda. demás, la señal debe proyectarse de manera que el cirujano pueda visualizarla. En los sistemas existentes, esta señal se muestra típicamente en una pantalla cercana.

Los investigadores del Centro Médico de la Universidad de Texas Southwestern (Dallas, Texas, EUA) han estado trabajando en un sistema quirúrgico de bajo costo guiado por fluorescencia que utiliza gafas para ver la señal fluorescente. En lugar de observar la fluorescencia del tumor en una pantalla, este sistema de realidad aumentada proyecta la señal del infrarrojo cercano directamente en un visor, permitiendo al cirujano ver el tumor iluminado superpuesto en su campo de visión. Basándose en investigaciones anteriores, el equipo presentó su último modelo, fabricado completamente con componentes estándar y piezas simples impresas en 3D. El sistema consta de fuentes de luz visible e infrarroja cercana (similares a punteros láser), un sistema de cámara y un procesador mínimos y gafas comerciales de realidad aumentada.

Estos componentes se conectan mediante soportes impresos en 3D y la unidad completa se coloca sobre la cabeza del usuario. Junto con el procesador, un paquete de baterías que alimenta el sistema se ubica en la cintura del usuario, lo que hace que el sistema sea portátil y de manos libres. El costo total de los componentes individuales es de alrededor de USD 1.000 y los investigadores tienen como objetivo desarrollar una versión comercial del sistema mucho más asequible que los modelos actuales. Inicialmente, los investigadores probaron el sistema de cámara más simple para ver si podía detectar la señal de infrarrojo cercano y, para su sorpresa, superó a sus diseños anteriores. Con algunos ajustes, lograron afinar el sistema para filtrar señales de fondo, proporcionando la funcionalidad esencial para la cirugía guiada por fluorescencia.

Un avance importante en su diseño fue la colocación de las cámaras. Muchas tecnologías que superponen una imagen sobre otra (como la señal de fluorescencia en el campo de visión del cirujano) a menudo sufren el efecto de paralaje, donde la superposición no está perfectamente alineada con la imagen real. Para resolver esto, el equipo utilizó un divisor de haz, un dispositivo que divide la luz entrante en dos trayectorias. El divisor de haz se colocó frente a las gafas de realidad aumentada y la cámara se posicionó justo encima del ojo del usuario en línea con la luz reflejada por el divisor de haz. Esta configuración garantiza que la luz pase a través del divisor de haz hacia el ojo o se refleje en el divisor de haz hacia la cámara, lo que mejora significativamente la alineación óptica del sistema.

El equipo comparó su dispositivo con más de 10 sistemas existentes de cirugía guiada por fluorescencia, evaluando especificaciones como la sensibilidad a la fluorescencia, la resolución y la irradiancia (brillo). A pesar del tamaño más pequeño y el menor costo de su diseño, los investigadores descubrieron que sus gafas tenían especificaciones comparables a los sistemas más caros del mercado. En su estudio publicado en Nature Scientific Reports, los investigadores también probaron la utilidad real de su sistema en un modelo de ratón, realizando cirugías en ratones con tumores de mama.

“Con nuestro sistema, podemos ver los tumores, extirparlos y, si queda algún tumor residual, podemos verlo en tiempo real”, afirmó el autor principal del estudio, el Dr. Samuel Achilefu, profesor y presidente del Departamento de Ingeniería Biomédica del Centro Médico UT Southwestern. “Con un enfoque rentable, nuestro equipo pretende crear un sistema de fluorescencia en tiempo real accesible que resalte los tumores de manera similar en todos los hospitales, sin importar su ubicación o presupuesto”.