Un equipo de investigadores del Reino Unido ha diseñado un endoscopio novedoso que utiliza sonido y luz para obtener imágenes de muestras de tejido a escalas moleculares, basado en un detector que es lo suficientemente pequeño como para caber dentro de una aguja médica. En su estudio, Wenfeng Xia y colegas en El Kings College de Londres y University College London Se mejoraron varios aspectos clave de la técnica de imágenes fotoacústicas, asegurando tiempos de obtención de imágenes rápidos sin sacrificar el tamaño del equipo requerido.
La endoscopia fotoacústica es una técnica de vanguardia que combina ultrasonido con imágenes endoscópicas ópticas para crear imágenes médicas en 3D. Funciona enviando pulsos láser a través de la fibra óptica de un endoscopio, que son absorbidos por estructuras microscópicas dentro del cuerpo. A medida que absorben la energía de la luz, estas estructuras generan ondas acústicas, que a su vez son captadas por un detector de ultrasonido piezoeléctrico y convertidas en imágenes.
La técnica permite a los investigadores seleccionar una amplia gama de estructuras microscópicas: desde células individuales hasta hebras de ADN. Ya aborda muchas limitaciones de los endoscopios puramente ópticos, incluida su incapacidad para penetrar más de unas pocas capas de células. Sin embargo, a pesar de estas ventajas, la endoscopia fotoacústica todavía enfrenta una desventaja: para lograr velocidades de obtención de imágenes más altas, requiere detectores de ultrasonido más voluminosos y costosos, lo que limita su aplicabilidad en cirugía mínimamente invasiva.
Para abordar este desafío, el equipo de Xia ha introducido un nuevo enfoque. El diseño – reportado en Óptica Biomédica Express – primero presenta un “microespejo digital” que contiene una serie de casi un millón de espejos microscópicos, cada uno de cuyas posiciones se puede ajustar rápidamente. Los investigadores utilizaron esta configuración para dar forma con precisión a los frentes de onda de los rayos láser utilizados para escanear muestras.
En lugar de un detector de ultrasonido piezoeléctrico, los investigadores introdujeron un microresonador óptico mucho menos voluminoso. Este dispositivo, que se instala en la punta de una fibra óptica, contiene un espaciador de epoxi deformable intercalado entre un par de espejos especializados. Las ondas de ultrasonido entrantes deforman el epoxi, alterando la distancia entre los espejos. Esto conduce a cambios en la reflectividad del microresonador a medida que el endoscopio escanea las muestras con un barrido rasterizado.
Cuando se interroga con un segundo láser, aplicado a la punta del endoscopio a lo largo de una fibra óptica separada, estas variaciones alteran la cantidad de luz reflejada a lo largo de la fibra. Al monitorear estos cambios, un algoritmo desarrollado por el equipo puede generar imágenes de la muestra y usarlas para calcular cómo se puede ajustar el frente de onda del láser de escaneo para producir imágenes más óptimas. Con esta información, el microespejo digital se ajusta en consecuencia y se repite el proceso.
Al ajustar la distancia focal del rayo láser de escaneo, el endoscopio también puede escanear muestras desde sus superficies hasta profundidades de 20 µm, lo que permite al equipo de Xia crear imágenes 3D optimizadas en tiempo real.
Para demostrar estas capacidades únicas, los investigadores utilizaron su dispositivo para obtener imágenes de un grupo de glóbulos rojos de ratón, distribuidos en un área de aproximadamente 100 µm de ancho. Al unir un mosaico de escaneos fotoacústicos, el endoscopio produjo imágenes en 3D de las células, a velocidades de alrededor de 3 fotogramas por segundo.
Basándose en su éxito, Xia y sus colegas ahora esperan que su endoscopio pueda inspirar nuevos avances en cirugía mínimamente invasiva, permitiendo a los médicos evaluar la composición de los tejidos a escala molecular y celular en tiempo real. En futuros estudios, el equipo intentará explorar cómo la inteligencia artificial podría ayudar a mejorar aún más la velocidad de las imágenes fotoacústicas.
