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El nuevo endoscopio ve lo que hay debajo
Un endoscopio equipado con un láser infrarrojo y un espejo diminuto podría algún día ayudar a los médicos a diagnosticar los primeros signos de cáncer y otras enfermedades y ayudar en la cirugía. Un investigador de la Universidad de Florida ha diseñado un dispositivo prototipo que captura imágenes hasta dos milímetros por debajo de la superficie de los tejidos, proporcionando imágenes tridimensionales de alta resolución a velocidades de video.
Alcance del subsuelo: Un nuevo prototipo de endoscopio toma imágenes debajo de la superficie de órganos y tejidos. El endoscopio funciona a través de un pequeño espejo de un milímetro (arriba) que gira y refleja un rayo láser para producir imágenes microscópicas tridimensionales. El prototipo actual es más estrecho que el ancho de una moneda de diez centavos (abajo).
En la endoscopia típica, los médicos pasan una fibra larga y delgada equipada con una cámara a través de las vías respiratorias o el tracto gastrointestinal del paciente para buscar anomalías. Las imágenes, que se muestran en un monitor en tiempo real, pueden revelar signos de infección, hemorragia interna, úlceras y tumores en las superficies de los tejidos. Pero los endoscopios actuales solo muestran una imagen superficial, no revelan lo que sucede debajo de la superficie, como el desarrollo temprano de un tumor.
El ochenta y cinco por ciento de los cánceres se originan en el epitelio, que tiene unos dos milímetros de profundidad, dice Huikai Xie , profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática y director de la Laboratorio de Biofotónica y Microsistemas . Además de su potencial para detectar signos tempranos de cáncer, dice, el endoscopio podría resultar útil como herramienta quirúrgica, ayudando a los cirujanos a determinar qué tan profundo está incrustado un tumor en el tejido. Si necesita extirpar el tumor, los cirujanos tienen dificultades para determinar cuándo detenerse. Con una herramienta de alta resolución en tiempo real, estarán seguros.
John Saltzman, gastroenterólogo y director de endoscopia del Brigham and Women’s Hospital, dice que esta técnica ayudaría a identificar los primeros signos de cáncer, particularmente en el esófago. En una afección llamada esófago de Barett, por ejemplo, las células que recubren el esófago experimentan un cambio que aumenta el riesgo de cáncer, dice Saltzman, que no participa en la investigación. Esta tecnología sería una ventaja para que pudiéramos detectar este tipo de anomalías.
En lugar de una cámara diminuta en la punta, el endoscopio de Xie está equipado con un escáner de infrarrojos y un espejo diminuto, que escanea el tejido capa por capa para proporcionar una imagen tridimensional con resolución microscópica. La técnica se basa en un método llamado tomografía de coherencia óptica (OCT, por sus siglas en inglés): cuando un rayo láser atraviesa el brazo de un osciloscopio OCT, golpea el tejido y refleja algo de luz, mientras que el resto se dispersa. Los diferentes tejidos, como el cáncer frente al tejido normal, reflejan la luz de manera diferente. Un interferómetro mide la luz reflejada y resta la luz dispersa. La alteración de la longitud del brazo altera la profundidad a la que la luz se refleja directamente, produciendo imágenes de diferentes capas, que juntas forman una imagen tridimensional. El método es similar a la tecnología de ultrasonido y, a menudo, se denomina ultrasonido óptico.
Hoy en día, la OCT se utiliza en optometría para obtener imágenes de la retina en busca de signos de glaucoma y degeneración macular. Esa tecnología, utilizada para escanear el exterior del cuerpo, involucra equipos voluminosos que requieren mucha energía. Solo recientemente los investigadores han investigado la posibilidad de reducir la tecnología a una microescala que pueda insertarse en el cuerpo humano. El desafío ha sido hacer que la tecnología sea lo suficientemente pequeña para pasar por las vías respiratorias humanas mientras se usa una cantidad muy pequeña de voltaje para escanear la luz infrarroja.
El prototipo de Xie utiliza un enfoque basado en MEMS (sistema microelectromecánico), centrado en un pequeño espejo de uno por un milímetro. Xie y sus estudiantes diseñaron el espejo con pequeños actuadores o soportes mecánicos que hacen pivotar el espejo. A medida que la luz infrarroja atraviesa el endoscopio, el espejo dirige la luz hacia adelante y hacia atrás, iluminando una porción de tejido. La luz reflejada rebota en el endoscopio y se analiza y representa en una pantalla en tiempo real.
El espejo puede girar 200 vueltas por segundo, en un ángulo de 100 grados, lo que permite que el osciloscopio realice imágenes rápidas en tiempo real. Xie probó el endoscopio en ratas, tomando imágenes tridimensionales de lenguas de ratas y ratones.
El prototipo todavía es demasiado grande para usarlo en humanos; requiere un diámetro total de 5 milímetros para adaptarse a todas sus partes. Sin embargo, Xie planea miniaturizar aún más el diseño y probará el modelo en animales más grandes como cerdos y cabras el próximo año. Recientemente fundó una empresa, WiOptix y está buscando financiación de los Institutos Nacionales de Salud para ayudar a comercializar la tecnología.
Eric Seibel , profesor asociado de investigación de ingeniería mecánica y director de la Laboratorio de fotónica humana en la Universidad de Washington, dice que los médicos deberían estar capacitados para interpretar imágenes OCT, que se parecen más a imágenes de ultrasonido que a imágenes visuales obtenidas de cámaras de video. Agrega que el tamaño determinará si los endoscopios basados en OCT funcionan. [Este diseño] ocupa un poco más de espacio, pero aún tiene más de cinco milímetros de tamaño, dice Seibel. Todavía no ha llegado, pero es un paso en la dirección correcta.