Los investigadores desarrollan un endoscopio que toma imágenes tridimensionales nítidas de las células

El Dr. Antony Orth sostiene un microendoscopio ultradelgado utilizado en el estudio, que reveló el potencial de imágenes tridimensionales de la tecnología existente. Crédito: RMIT Universit

Ha habido una explosión en el uso de endoscopios en procedimientos médicos durante los últimos 30 años, desde el examen del hígado y el estómago (conocido como laparoscopia) hasta la cirugía mínimamente invasiva. El uso de estos instrumentos está firmemente establecido como una técnica de imagen que permite a los cirujanos ‘ver’ dentro del cuerpo, lo que les permite reconocer los ganglios linfáticos que deben evitar o evaluar la salud del tejido pulmonar, por ejemplo.

Uno de los tipos de endoscopios más avanzados se basa en haces de minúsculas fibras ópticas, generalmente miles de ellas, para brindarles a los médicos una imagen del área de interés, y han salvado innumerables vidas.

Si bien las fibras ópticas son perfectas por ser delgados, flexibles, químicamente inertes y no tóxicos, así como inmunes a la interferencia electromagnética de otros instrumentos médicos, tienen una desventaja: los médicos solo pueden ver en dos dimensiones, y esta imagen plana es una limitación al diagnosticar condiciones. Pero todo eso está a punto de cambiar.

Los investigadores del Centro de biofotónica a nanoescala (CNBP) han desarrollado una técnica inteligente para hacer que las imágenes diminutas, a veces borrosas, de las regiones celulares no solo sean más nítidas sino tridimensionales. La investigación tiene el potencial de mejorar la endoscopia al proporcionar una imagen más detallada y de mayor calidad.

«Repasamos la física de cómo funcionan los haces de fibra óptica y nos dimos cuenta de que en realidad transmiten imágenes en 3D como bien», dijo el Dr. Antony Orth, exinvestigador en el nodo de la Universidad RMIT de CNBP en Melbourne bajo la dirección del profesor Brant Gibson, investigador principal de CNBP para nanomateriales e imágenes multimodales.

«La gente generalmente asume que cada fibra en el el paquete solo informa el brillo en el otro extremo. Pero hay más. Si envía luz en diferentes ángulos a la fibra, sale en estos hermosos patrones llamados modos «, agregó. «Ahí es donde sucede la magia».

Dr. Orth había estado revisando la física básica para buscar nuevos usos e intercambiando ideas sobre imágenes con el colega de CNBP, el Dr. Martin Plschner, de la Universidad de Queensland.

«Después de jugar con estas fibras durante unos meses, se hizo evidente que si enciendes una luz en un extremo en un ángulo realmente alto, en el otro extremo ves todos estos patrones locos, aparentemente orientados al azar», dijo el Dr. Orth. «Es un efecto visual realmente impactante y totalmente diferente a lo que obtienes cuando usas la fibra en circunstancias normales.

«Me di cuenta de que no solo estábamos viendo la distribución espacial de la luz, también estábamos viendo la distribución angular distribución y si puede medir ambos al mismo tiempo, tiene un ‘campo de luz'», agregó.

Resultó que el doctorado del Dr. Orth se había centrado en los campos de luz, y pudo verá de inmediato cómo la información espacial y angular podría combinarse para crear una imagen en 3D. «Puede reorganizar los rayos de luz para cambiar el enfoque, o enviar un grupo de ángulos a un sensor y otro grupo a otro, y tener una imagen estereoscópica «, dijo. «Es como tener una pequeña lente multifocal en la fibra».

Pero hacerlo realidad fue todo menos sencillo. «Sabía que deberíamos poder hacer esto, pero tomó otro un par de años para poder realizarlo por completo «, dijo.» Tuvimos que desarrollar las matemáticas para poder convertir cuantitativamente el modal información en información profunda, que fue la parte más desafiante. La intuición estaba ahí, solo tienes que seguir esclavizándote con las matemáticas».

El tamaño de los microendoscopios los hace perfectos para acceder a áreas del cuerpo humano de difícil acceso. Pero hasta ahora, no Era demasiado pequeño para contener los elementos necesarios para una óptica de enfoque compleja, pero la «imagen de campo de luz», como se conoce a la técnica, permite el enfoque, la visualización estéreo y el mapeo de profundidad en la punta de la fibra, basándose en haces de fibra óptica que ya se encuentran en uso clínico. Los haces tienen solo tres cuartos de milímetro de ancho y contienen 30 000 fibras.

«Le brinda la estructura tridimensional de cualquier tejido que esté observando, lo que puede permitirle saber si un tejido es benigno o maligno o algo intermedio», dijo el Dr. Orth. «Hemos demostrado experimentalmente que se puede obtener información en 3D de esta manera. El siguiente paso es hacerlo en animales y luego en humanos».

De hecho, el enfoque del equipo para la obtención de imágenes de fluorescencia de campo de luz microendoscópica, para el cual un la patente está pendiente puede establecer haces de fibra óptica como una nueva clase de sensor de campo de luz, capaz de ver las características de la superficie y mapear su profundidad con una tasa de precisión que antes no se podía obtener. Y hay una ventaja adicional de que la técnica utiliza fibras listas para usar, lo que se espera que se traduzca en una adopción más rápida en la medicina. «La idea es tratar de obtener el mismo tipo de información que se obtiene de una biopsia, pero hacerlo directamente en el sitio. Eso es en lo que queremos trabajar. Este es el primer paso hacia eso».

Dra. Orth, ahora oficial de investigación en el Consejo Nacional de Investigación de Canadá en Ottawa, continúa colaborando con CNBP y estaba encantado con el resultado: «Funcionó muy bien, mejor de lo que esperaba».

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