Los investigadores están desarrollando un nuevo endoscopio fotoacústico para caber dentro de la aguja
Investigadores de la Facultad de Ingeniería Biomédica y Ciencias de la Imagen han creado una sonda de endoscopio de imagen fotoacústica que puede caber dentro de una aguja médica con un diámetro interior de solo 0,6 milímetros.
Las imágenes fotoacústicas, que combinan luz y sonido para crear imágenes en 3D, pueden proporcionar información clínica importante, pero hasta ahora los instrumentos han sido demasiado grandes o demasiado lentos para su uso práctico como endoscopios.
«Los endoscopios tradicionales basados en luz solo pueden resolver la información anatómica del tejido en la superficie y tienden a tener huellas grandes», dijo el Dr. Wenfeng Xia, jefe de investigación de la Escuela de Ingeniería Biomédica y Ciencias de la Imagen.
«Nuestro nuevo endoscopio delgado puede resolver en 3D en tiempo real la información estructural y molecular de los tejidos a escala subcelular y es lo suficientemente pequeño como para integrarse en dispositivos médicos intervencionistas que permitirían a los médicos caracterizar los tejidos durante un procedimiento».
El endoscopio ultrafino fue desarrollado a través de una estrecha colaboración entre King’s College London y Colegio Universitario de Londresambos en el Reino Unido, y aparece en la revista Optica Publishing Group Express Óptica Biomédica.
Consiste en dos fibras ópticas, cada una del diámetro de un cabello humano.
Ver con luz y sonido
Las imágenes fotoacústicas funcionan mediante la proyección de 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 ultrasónicos y utilizadas para formar imágenes capaces de resolver información molecular, estructural y funcional debajo de la superficie del tejido.
Aunque se han desarrollado sondas de endoscopia fotoacústica basadas en fibra, por lo general requieren un detector de ultrasonido voluminoso o tienen una baja velocidad de formación de imágenes.
En el nuevo trabajo, los investigadores superaron ambos desafíos al combinar la conformación de haz basada en frente de onda con detección ultrasónica 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 finas, una para entregar la luz pulsada utilizada para generar las ondas fotoacústicas y la otra para la detección ultrasónica. 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 pequeños espejos que se pueden voltear de forma independiente a decenas de miles de cuadros por segundo para alterar el frente de onda de la luz para que se pueda enfocar y escanear rápidamente.
Para la detección ultrasónica, los investigadores del University College London han desarrollado un microrresonador óptico, una estructura diminuta diseñada para confinar la luz, que podría fabricarse al final de una fibra óptica.
Cuando las ondas de sonido golpean el microrresonador, su grosor cambia, lo que a su vez cambia la cantidad de luz reflejada en la fibra, lo que permite la detección óptica de las ondas de sonido.
Imágenes de células sanguíneas
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. «Pudimos lograr esto a alrededor de 3 fotogramas por segundo», dijo el Dr. Xia.
«También demostramos que la sonda de aguja se puede escanear para expandir en gran medida el campo de visión en tiempo real al unir imágenes consecutivas».
Los investigadores señalan que el rendimiento de la imagen no se degradó significativamente cuando se escaneó la sonda, lo que sugiere que no se ve afectado por una ligera flexión de la fibra.
Sin embargo, como un paso hacia el uso clínico, investigarán más a fondo cómo la flexión de fibras complejas o las configuraciones semirrígidas afectan el rendimiento de las imágenes.
También dicen que la inteligencia artificial podría usarse para aumentar la velocidad de las imágenes.
«Aunque este trabajo se ha centrado en el desarrollo de una sonda de endomicroscopia fotoacústica, el método de alta velocidad que se utiliza para generar la luz de excitación se puede utilizar para incorporar otras modalidades de imagen como la fluorescencia de imagen, la microscopía Raman y la microscopía de dos fotones», dijo el Dr. Xia. .
