La evaluación clínica de las patologías microvasculares (en la diabetes y en las enfermedades inflamatorias de la piel, por ejemplo) requiere la visualización de la anatomía vascular superficial. Los escáneres de tomografía fotoacústica (PAT) basados en un sensor de ultrasonido Fabry-Perot totalmente óptico pueden proporcionar imágenes microvasculares 3D altamente detalladas, pero los tiempos de adquisición de minutos han impedido su uso clínico.
Un nuevo escáner puede proporcionar imágenes fotoacústicas tridimensionales (3D) de venas y arterias a escala milimétrica en segundos.
El escáner, desarrollado por investigadores del University College London (UCL), Londres, Inglaterra, podría ayudar a los médicos a visualizar y rastrear mejor los cambios microvasculares de una amplia gama de enfermedades, como el cáncer, la artritis reumatoide (AR) y la enfermedad vascular periférica (PVD).
En estudios de casos exploratorios, los investigadores demostraron cómo el escáner visualizaba vasos con una estructura similar a un sacacorchos en pacientes con sospecha de PVD y mapeaba la formación de nuevos vasos sanguíneos impulsados por la inflamación en pacientes con AR.
Los estudios de caso ilustran áreas potenciales de aplicación que justifican estudios clínicos futuros y más completos, escribieron los autores. Además, demuestran la viabilidad de usar el escáner en una cohorte de pacientes del mundo real donde las imágenes son más desafiantes debido a la fragilidad, la comorbilidad o el dolor que pueden limitar su capacidad para tolerar tiempos de exploración prolongados.
El trabajo se publicó en línea en Nature Biomedical Engineering el 30 de septiembre de 2024.
Mejora de las imágenes fotoacústicas
PAT funciona utilizando el efecto fotoacústico, un fenómeno en el que se generan ondas sonoras cuando la luz es absorbida por un material. Cuando la luz pulsada de un láser se dirige al tejido, parte de esa luz se absorbe y provoca un aumento de calor en el área objetivo. Este calor localizado también aumenta la presión, lo que genera ondas ultrasónicas que pueden ser detectadas por sensores especializados.
Mientras que los escáneres PAT anteriores traducían estas ondas sonoras en señales eléctricas directamente para generar imágenes, los ingenieros de UCL desarrollaron un sensor a principios de la década de 2000 que puede detectar estas ondas de ultrasonido utilizando la luz. El resultado fueron imágenes mucho más claras, en 3D.
El Dr. Paul Beard, PhD, profesor de fotoacústica biomédica en UCL y autor principal del estudio, señala que el problema era que era muy lento y se tardaría 5 minutos en obtener una imagen, eso está bien si estás imaginando un ratón muerto o un ratón anestesiado, pero no es tan útil para las imágenes humanas, donde el movimiento desenfocaría la imagen.
En el presente artículo, los autores describieron cómo redujeron los tiempos de escaneo a un orden de segundos (o fracción de segundo) en lugar de minutos. Mientras que las iteraciones anteriores solo podían detectar ondas acústicas de un punto a la vez, este nuevo escáner puede detectar ondas de múltiples puntos simultáneamente. El escáner puede visualizar venas y arterias de hasta 15 mm de profundidad en el tejido humano y también puede proporcionar imágenes dinámicas en 3D de "perfusión de tejido que varía en el tiempo y otros eventos hemodinámicos".
Con estos tipos de escáneres, siempre hay un equilibrio entre la velocidad, la calidad y la profundidad de las imágenes. Con la resolución que los autores están proporcionando y la profundidad a la que están viendo las señales fotoacústicas, es uno de los sistemas más rápidos.
Utilidad clínica
Los investigadores también probaron el escáner para visualizar los vasos sanguíneos en participantes con AR, sospecha de PVD e inflamación de la piel. Las imágenes de escaneo ilustraron cómo se pueden visualizar y cuantificar las anomalías vasculares, como el aumento de la tortuosidad de los vasos, que anteriormente se ha relacionado con la PVD, y la neovascularización asociada con la inflamación.
El siguiente paso, señalaron los autores, es evaluar si estas características se pueden usar como marcador de la progresión de la enfermedad.
El Dr. Nehal Mehta, cardiólogo y profesor de medicina de la Universidad George Washington en Washington, DC, se mostró de acuerdo en que se necesita más investigación longitudinal para comprender cómo las anomalías capturadas en estas imágenes pueden informar la detección y el diagnóstico de diversas enfermedades.
No se sabe si estas imágenes se ven mal debido a la causalidad inversa (la enfermedad está haciendo esto) o a la verdadera causalidad (que en realidad está detectando la causa raíz de la enfermedad), explicó. Hasta que no tengamos un banco de exploraciones normales y anormales, no sabremos qué significa ninguna de estas cosas.
Aunque todavía falta algún tiempo para ingresar a la clínica, Mehta comparó la tecnología con la introducción de la tomografía de coherencia óptica en la década de 1980. Antes de ser adaptado para uso clínico, los investigadores primero necesitaban visualizar las diferencias entre la vasculatura coronaria normal y el infarto de miocardio.
Creo que esta es una primera prueba de concepto increíblemente fuerte, dijo Mehta. Esta tecnología está demostrando ser una verdadera promesa en el campo de la imagen.
Referencia
Huynh, N.T., Zhang, E., Francies, O. et al. Un rápido escáner fotoacústico 3D totalmente óptico para la obtención de imágenes vasculares clínicas. Nat. Biomed. Eng (2024). https://doi.org/10.1038/s41551-024-01247-x
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