Puede que no hayas oído hablar de la tomografía de coherencia óptica, u OCT. Pero si ha visitado a un oftalmólogo recientemente, lo más probable es que su ojo haya estado a una pulgada o dos de un dispositivo de escaneo que emplea la tecnología. Decenas de miles de estos dispositivos están instalados en los consultorios médicos, donde se utilizan ampliamente para detectar enfermedades oculares.

Ahora, Los científicos de la Universidad de Stanford han descubierto cómo modernizar estas máquinas de alto rendimiento con componentes listos para usar, aumentando la resolución de la OCT varias veces y prometiendo una detección más temprana de daños en la retina y la córnea, tumores incipientes y más.

El relativamente simple, solución de bajo costo, que implica un par de lentes, una pieza de vidrio esmerilado y algunos ajustes de software:borra las imperfecciones que han afectado a las imágenes obtenidas a través de OCT desde su invención en 1991. Esta mejora, combinado con la capacidad de la tecnología para penetrar ópticamente hasta 2 milímetros en el tejido, podría permitir a los médicos realizar "biopsias virtuales, "Visualización de tejido en tres dimensiones con una resolución de calidad de microscopio sin extirpar ningún tejido de los pacientes.

En un estudio que se publicará en línea el 20 de junio en Comunicaciones de la naturaleza , los investigadores probaron la mejora en dos dispositivos OCT diferentes disponibles comercialmente. Pudieron ver características a escala celular en tejidos intactos, incluso en la oreja de un ratón vivo y en la yema de un dedo humano, dijo el autor principal del estudio, Adam de la Zerda, Doctor, profesor asistente de biología estructural. El autor principal del estudio es el estudiante graduado en ingeniería eléctrica Orly Liba.

Aumento de la resolución con un mínimo de retoques

"Demostramos que se puede utilizar de forma eficaz cualquier sistema OCT y, con cambios mínimos, aumentar su resolución hasta el punto en que pueda detectar características anatómicas más pequeñas que el tamaño de una célula típica, "dijo de la Zerda.

OCT es un negocio de miles de millones de dólares. Todos los años, Se realizan más de 10 millones de exploraciones OCT para diagnosticar o controlar afecciones que van desde la degeneración macular relacionada con la edad hasta el melanoma. La tecnología ha sido adaptada para uso endoscópico en pulmones, Medicina gastrointestinal y cardiovascular.

Algo análogo al ultrasonido, OCT penetra los tejidos ópticamente en lugar de con ondas sonoras. El dispositivo apunta rayos de luz láser a un objeto, digamos, una muestra de tejido, o el ojo de un paciente, y registra lo que regresa cuando la luz rebota en elementos reflectantes dentro de la muestra o el globo ocular. Ajustar la profundidad de penetración, un usuario puede escanear capa sobre capa de un tejido y, apilando rebanadas virtuales de tejido una encima de la otra, ensamblarlos para generar una imagen volumétrica.

Pero hasta el día de hoy OCT sigue estando plagado de una forma de ruido que, a diferencia del ruido aleatorio generado por cualquier sistema de detección, no se puede "lavar" simplemente imaginando repetidamente el objeto de interés y promediando los resultados con un programa de computadora.

El ruido generado por OCT, llamado "moteado, "es una característica inherente de la arquitectura del objeto que se ve y las propiedades únicas de la luz láser.

Un fotón no es una simple partícula. También es una ola cuyo poder aumenta y disminuye a medida que viaja, similar a una ola del océano que se dirige hacia la orilla. Cuando dos olas chocan, su altura combinada en el momento de su colisión depende de si cada uno estaba en su punto máximo, su canal o en algún punto intermedio.

Cuando los fotones se desfasan

Los fotones que componen un rayo de luz láser están en fase:comparten la misma longitud de onda, con sus picos y valles ocurriendo en sincronía. Pero cuando estos fotones rebotan en dos superficies separadas, digamos, dos componentes cercanos de una celda:la longitud de sus rutas de regreso difiere ligeramente, por lo que ya no están en fase. Ahora, pueden interferir entre sí al igual que las olas del océano que se cruzan. Pueden anularse el uno al otro, creando una mancha negra falsa en la imagen resultante. O pueden reforzarse unos a otros, creando una mancha blanca falsa. Si las posiciones de los componentes generadores de manchas son fijas, como es el caso en la mayoría de los tejidos (la sangre circulante es una excepción), esas mismas motas aparecerán en los mismos lugares en cada escaneo OCT sucesivo.

"Otros investigadores han probado varias soluciones, como escanear repetidamente en diferentes ángulos o desde posiciones adyacentes consecutivas o con longitudes de onda cambiantes, o 'eliminar' las motas mediante el posprocesamiento informático, ", dijo de la Zerda." Pero el resultado es siempre el mismo:una imagen borrosa. "Es como cubrir las pecas con una capa de maquillaje:una apariencia más suave, a costa de perder detalles.

En principio, si pudieras meter la mano con unas pinzas moleculares y mover uno de esos dos componentes que interfieren solo un poquito, cambiaría el patrón de motas. Pero no puedes. Sin embargo, los científicos de Stanford encontraron una manera de hacer esencialmente lo mismo, ópticamente hablando.

"Queríamos hacer bailar las motas, para que tuvieran un patrón ligeramente diferente cada vez que escaneáramos el tejido, "Dijo Liba." Y encontramos la manera de hacerlo ".

Creando una imagen virtual

Al colocar un par de lentes adicionales en la línea de visión del dispositivo OCT, los investigadores fueron capaces de crear una segunda imagen, una semejanza exacta con forma de holográfica de la muestra vista que apareció en otra parte a lo largo de la línea de visión, entre las lentes agregadas y la muestra. Al insertar lo que ellos llaman un "difusor", una placa de vidrio que habían raspado al grabar al azar pequeñas ranuras en ella, en el punto correcto en la línea de visión y moviéndola metódicamente entre cada ronda de escaneos repetidos, lograron el equivalente óptico de cambiar la relación geográfica de los componentes de la muestra solo un poquito cada vez que la escanearon.

Ahora, promediando las sucesivas imágenes se eliminan las motas. El equipo de Stanford utilizó la capacidad mejorada resultante para adquirir información detallada, imágenes esencialmente libres de ruido de una vida, oreja de ratón anestesiada.

"Vimos glándulas sebáceas, folículos pilosos, vasos sanguineos, vasos linfáticos y más, "Dijo Liba.

También obtuvieron imágenes de alta resolución de la retina y la córnea de un ratón. Y una mirada sin incisiones en la yema del dedo de uno de los coautores del estudio les permitió ver una característica anatómica nunca antes vista con OCT:el corpúsculo de Meissner, un haz de nervios responsable de las sensaciones táctiles.

El avance tecnológico soluciona un problema de hace 25 años que ha limitado persistentemente las capacidades de diagnóstico de la OCT. dijo de la Zerda.

El trabajo es un ejemplo del enfoque de Stanford Medicine en la salud de precisión, cuyo objetivo es anticipar y prevenir enfermedades en los sanos y diagnosticar y tratar con precisión las enfermedades de los enfermos.