Un nuevo escáner portátil desarrollado por investigadores de la UCL puede generar imágenes fotoacústicas 3D muy detalladas en segundos.El objetivo es facilitar el uso de estos fármacos en un entorno clínico por primera vez y ofrecer el potencial de un diagnóstico precoz de la enfermedad..
En el estudio, publicado enIngeniería Biomédica de la Naturaleza,El equipo muestra que su tecnología puede entregar imágenes de tomografía fotoacústica (PAT) a los médicos en tiempo real, proporcionándoles imágenes precisas e intrincadas de los vasos sanguíneos.ayudar a informar a los pacientes.
Photoacoustic tomography imaging uses laser-generated ultrasound waves to visualise subtle changes (an early marker of disease) in the less-than-millimetre-scale veins and arteries up to 15mm deep in human tissues.
Sin embargo, hasta ahora, la tecnología PAT existente ha sido demasiado lenta para producir imágenes 3D de calidad suficiente para su uso por parte de los médicos.
Durante una exploración PAT, los pacientes deben estar completamente inmóviles, lo que significa que cualquier movimiento durante una exploración más lenta puede causar que las imágenes se desdibujen y, por lo tanto, no garantizan imágenes clínicamente útiles.
Los viejos escáneres PAT tardaron más de cinco minutos en tomar una imagen -- reduciendo ese tiempo a unos segundos o menos,La calidad de imagen es mucho mejorada y mucho más adecuada para personas que son frágiles o mal.
Los investigadores dicen que el nuevo escáner podría ayudar a diagnosticar cáncer, enfermedades cardiovasculares y artritis en tres a cinco años, sujeto a más pruebas.
El autor correspondiente, el profesor Paul Beard (Física Médica y Ingeniería Biomédica de la UCL y el Centro Wellcome/EPSRC para Ciencias Intervencionales y Quirúrgicas), dijo:"Hemos recorrido un largo camino con la imagen fotoacústica en los últimos años, pero todavía había barreras para usarlo en la clínica.
"El avance en este estudio es la aceleración en el tiempo que se tarda en adquirir imágenes, que es entre 100 y 1.000 veces más rápido que los escáneres anteriores.
"Esta velocidad evita el desenfoque inducido por el movimiento, proporcionando imágenes muy detalladas de una calidad que ningún otro escáner puede proporcionar.Las imágenes pueden ser adquiridas en tiempo real, lo que permite visualizar eventos fisiológicos dinámicos.
"Estos avances técnicos hacen que el sistema sea adecuado para su uso clínico por primera vez, lo que nos permite ver aspectos de la biología humana y las enfermedades que no hemos podido ver antes.
"Ahora se necesita más investigación con grupos más grandes de pacientes para confirmar nuestros hallazgos".
El profesor Beard añadió que un uso potencial clave para el nuevo escáner era evaluar la artritis inflamatoria, que requiere escanear las 20 articulaciones de los dedos de ambas manos.Esto se puede hacer en unos minutos -- los escáneres PAT más antiguos tardan casi una hora, que es demasiado largo para pacientes ancianos y frágiles, dijo.
Prueba del escáner en pacientes
En el estudio, el equipo probó el escáner durante pruebas preclínicas en 10 pacientes con diabetes tipo 2, artritis reumatoide o cáncer de mama, junto con siete voluntarias sanas.
En tres pacientes con diabetes tipo 2, el escáner fue capaz de producir imágenes 3D detalladas de la microvascularidad en los pies, destacando deformidades y cambios estructurales en los vasos.El escáner fue utilizado para visualizar la inflamación de la piel relacionada con el cáncer de mama.
Andrew Plumb, profesor asociado de Imagen Médica en la UCL y radiólogo consultor en la UCLH y autor principal del estudio, dijo:"Una de las complicaciones que a menudo sufren las personas con diabetes es un bajo flujo sanguíneo en las extremidades, como los pies y la parte inferior de las piernas, debido a daños en los pequeños vasos sanguíneos en estas áreas.Pero hasta ahora no hemos sido capaces de ver exactamente lo que está sucediendo para causar este daño o caracterizar cómo se desarrolla.
"En uno de nuestros pacientes, pudimos ver vasos suaves y uniformes en el pie izquierdo y vasos deformados y retorcidos en la misma región del pie derecho,Indicativo de problemas que pueden conducir a daño tisular en el futuroLas imágenes fotoacústicas podrían proporcionarnos información mucho más detallada para facilitar el diagnóstico precoz, así como comprender mejor la progresión de la enfermedad en general".
Tomografía fotoacústica
Desde su desarrollo inicial en 2000,Desde hace tiempo se ha anunciado que el PAT tiene el potencial de revolucionar nuestra comprensión de los procesos biológicos y mejorar la evaluación clínica del cáncer y otras enfermedades importantes..
Funciona utilizando el efecto fotoacústico, que ocurre cuando los materiales absorben la luz y producen ondas sonoras.
Los escáneres PAT trabajan disparando ráfagas láser muy cortas a tejidos biológicos.causando un ligero aumento de calor y presión que a su vez genera una débil onda de ultrasonido que contiene información sobre el tejidoTodo el proceso tiene lugar en una fracción de segundo.
En investigaciones anteriores, lo que los físicos e ingenieros de la UCL (liderados por el profesor Beard) descubrieron fue que la onda de ultrasonido se puede detectar utilizando la luz.
A principios de la década de 2000 fueron pioneros en un sistema en el que una onda de sonido causa cambios mínimos en el grosor de una película de plástico delgada que se puede medir usando un haz láser altamente afinado.
Los resultados revelaron estructuras de tejido que nunca se habían visto antes.
Cómo el PAT podría ayudar a la detección de enfermedades
Para algunas enfermedades, como la enfermedad vascular periférica (PVD), una complicación de la diabetes,Los signos tempranos de cambios en los pequeños vasos sanguíneos que indican la enfermedad no se pueden ver usando técnicas de imagen convencionales como las exploraciones de resonancia magnética..
Pero con las imágenes PAT pueden, ofreciendo el potencial para el tratamiento antes de que el tejido se dañe y para evitar la mala cicatrización de la herida y la amputación, dice el periódico.Las enfermedades venéreas afectan a más de 25 millones de personas en Estados Unidos y Europa., añade.
Del mismo modo, con el cáncer, los tumores a menudo tienen una alta densidad de pequeños vasos sanguíneos que son demasiado pequeños para ser vistos con otras técnicas de imagen.
El Dr. Nam Huynh, de la Universidad de California, en Física Médica e Ingeniería Biomédica, quien desarrolló el escáner con su colega el Dr. Edward Zhang, dijo:"La imagen fotoacústica podría utilizarse para detectar el tumor y monitorearlo con relativa facilidadTambién podría utilizarse para ayudar a los cirujanos oncológicos a distinguir mejor el tejido tumoral del tejido normal mediante la visualización de los vasos sanguíneos del tumor.ayuda a asegurar que todo el tumor se extirpe durante la cirugía y minimiza el riesgo de recurrenciaPuedo imaginar muchas maneras en que será útil".
El Dr. Huynh añadió que una ventaja clave de la tecnología era que era sensible a la hemoglobina, moléculas que absorben la luz como la hemoglobina que producen las ondas de ultrasonido.
Mejora y ensayo de la velocidad del escáner
En este estudio, los investigadores de la UCL trataron de superar el problema de la velocidad reduciendo el tiempo necesario para adquirir imágenes.Lo lograron haciendo innovaciones en el diseño del escáner y las matemáticas utilizadas para generar las imágenes.
A diferencia de los escáneres PAT anteriores, que medían las ondas de ultrasonido en más de 10.000 puntos diferentes sobre la superficie del tejido uno a la vez,El nuevo escáner los detecta en múltiples puntos simultáneamente., reduciendo considerablemente el tiempo de adquisición de imágenes.
El equipo de investigación también empleó principios matemáticos similares a los utilizados en la compresión de imágenes digitales.Esto permitió reconstruir imágenes de alta calidad a partir de unos pocos miles (en lugar de decenas de miles) de mediciones de la onda de ultrasonidoEstas innovaciones redujeron el tiempo de obtención de imágenes a unos pocos segundos o a menos de un segundo.eliminación de la borrosidad del movimiento y permite tomar imágenes de cambios dinámicos en el tejido.
Los científicos dijeron que se necesitaban más investigaciones con un grupo más grande de pacientes para confirmar los hallazgos de su estudio y hasta qué punto el escáner sería clínicamente útil en la práctica.
Los primeros pasos para desarrollar la tomografía fotoacústica para imágenes médicas se dieron en el año 2000, pero los orígenes de la técnica se remontan a 1880 cuando el ex estudiante de UCL Alexander Graham Bell,recién inventado el teléfono, observó la conversión de la luz solar en sonido audible.
En 2019, los miembros del equipo de investigación de la UCL fundaron DeepColor Imaging, una empresa derivada de la UCL que ahora comercializa una gama de escáneres basados en la tecnología PAT en todo el mundo.
Esta investigación fue apoyada por Cancer Research UK, el Engineering & Physical Sciences Research Council, Wellcome,el Consejo Europeo de Investigación y el Instituto Nacional de Investigación en Salud (National Institute for Health Research) del University College London Hospitals Biomedical Research Centre.
Fuente de la historia:
Materialesproporcionado porEl Colegio Universitario de Londres.Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
¡Su mensaje debe tener entre 20 y 3.000 caracteres!
