Un investigador de la Universidad de Florida ha diseñado un dispositivo prototipo capaz de capturar imágenes de hasta dos milímetros por debajo de la superficie de los tejidos, con imágenes tridimensionales de alta resolución y la velocidad del video.
Para una endoscopia típica, los doctores insertan una fibra larga y delgada, equipada con una cámara, a través de los conductos de aire o el tracto gastrointestinal a la búsqueda de anormalidades. Las imágenes, mostradas en un monitor en tiempo real, pueden revelar signos de infección, sangrado inte o, úlceras y tumores sobre la superficie de los tejidos. Sin embargo las endoscopias de hoy día sólo muestran una imagen superficial—no revelan lo que ocurre bajo la superficie, como por ejemplo el desarrollo inicial de tumores.
“El ochenta y cinco por ciento de los cánceres se originan desde el epitelio, que está a unos dos milímetros de profundidad,” afirma Huikai Xie, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática y director del Laboratorio de Biofotónica y Microsistemas. Además de su potencial para detectar signos iniciales de cáncer, afirma, puede que sea también útil como herramienta quirúrgica, ayudando a los cirujanos a determinar la profundad de incrustación de un tumor dentro de los tejidos. “Si tienes que extirpar el tumor, los cirujanos suelen tener problemas a la hora de determinar cuándo parar. Con una herramienta de alta resolución y en tiempo real, no tendrán ninguna duda.”
John Saltzman, gastroenterólogo y director de endoscopia en Brigham and Women’s Hospital, afirma que una técnica como esta ayudaría a identificar los signos iniciales de cáncer, particularmente en el esófago. En una enfermedad llamada esófago de Barett, por ejemplo, las células que recubren el esófago pasan por un tipo de cambio que hace que se incremente el riesgo de cáncer, afirma Saltzman, que no estuvo involucrado en el estudio. “Esta tecnología sería ventajosa para nosotros puesto que nos ayudaría a detectar ese tipo de anormalidades.”
En vez de tener una diminuta cámara en la punta, el endoscopio de Xie está equipado con un escáner de infrarrojos y un diminuto espejo, que escanea el tejido capa a capa para proporcionar una imagen tridimensional con resolución microscópica. La técnica está basada en un método llamado tomografía de coherencia óptica (OCT, en inglés)—un haz de láser es emitido través del brazo del endoscopio OCT, alcanza el tejido, y refleja algo de luz de vuelta, mientras que el resto se esparce. Los distintos tejidos, tales como el cancerígeno frente al normal, reflejan la luz de forma diferente. Un interferómetro mide la luz reflejada y sustrae la luz esparcida. Al alterar la longitud del brazo se altera la profundidad a la que la luz se refleja directamente de vuelta, lo que produce imágenes de distintas capas, que juntas forman una imagen tridimensional. El método es similar a la tecnología de ultrasonido, y a menudo se denomina “ultrasonido óptico.”
Hoy día, la OCT se usa en el campo de la optometría para obtener imágenes de la retina a la búsqueda de signos de glaucoma y degeneración macular. Esta tecnología, utilizada para hacer escaneados fuera del cuerpo, requiere el uso de equipamiento pesado y consume mucha potencia. Sólo hasta hace poco se han interesado los investigadores por reducir la tecnología a una microescala que se pueda insertar dentro del cuerpo humano. El reto hasta ahora ha consistido en fabricar la tecnología lo suficientemente pequeña como para que quepa dentro de los conductos de aire humanos y al mismo tiempo utilizar cantidades de voltaje muy pequeñas para escanear la luz infrarroja.
El prototipo de Xie utiliza un método basado en MEMS (sistema microelectromecánico), centrado sobre un espejo diminuto de un milímetro por un milímetro. Xie y sus estudiantes diseñaron el espejo con diminutos accionadores, o soportes mecánicos, que hacen que el espejo gire sobre sí mismo. Al tiempo que el haz infrarrojo pasa por el endoscopio, el espejo dirige la luz una y otra vez, iluminando un trozo del tejido. La luz reflejada rebota y vuelve a subir por el endoscopio, y es analizada y mostrada en una pantalla en tiempo real.
El espejo es capaz de girar 200 veces por segundo, en un ángulo de 100 grados, lo que permite al endoscopio tomar imágenes rápidas y en tiempo real. Xie ha probado el endoscopio en ratas, tomando imágenes en 3-D de lenguas de ratas y ratones.
El prototipo aún es demasiado grande como para usarse en humanos—requiere un diámetro total de cinco milímetros para que quepan todas las partes. Sin embargo, Xie tiene pensado miniaturizar aún más el diseño, y pondrá a prueba el modelo en animales más grandes como cerdos y cabras el año próximo. Recientemente empezó una compañía, WiOptix, y está buscando financiación de los Institutos Nacionales de Salud para que le ayuden a comercializar la tecnología.
Eric Seibel, investigador y profesor asociado de ingeniería mecánica y director del Laboratorio de Fotónica Humana en la Universidad de Washington, afirma que los profesionales médicos tendrían que pasar por un entrenamiento para interpretar las imágenes de la OCT, que se parecen más a imágenes de ultrasonido que a las imágenes visuales obtenidas con las cámaras. Añade que el tamaño determinará si la endoscopia basada en OCT funciona o no. “[Este diseño] es un poco más eficiente en cuanto a espacio, aunque aún así tiene más de cinco milímetros,” afirma Seibel. “Aún no hemos llegado al punto óptimo, pero es un paso en la dirección correcta."