Si bien la ecografía es una de las herramientas de imágenes médicas más comunes, Los dispositivos de ultrasonido electrónicos convencionales tienden a ser voluminosos y no se pueden utilizar al mismo tiempo que otras tecnologías de imagen. Un nuevo sistema de ultrasonido que utiliza ópticas, en lugar de componentes electrónicos, podría mejorar el rendimiento al tiempo que brinda a los médicos una flexibilidad significativamente mayor en la forma en que usan el ultrasonido para diagnosticar y tratar problemas médicos.

En la revista The Optical Society (OSA) Óptica Biomédica Express , Los investigadores demuestran por primera vez el uso de un generador de imágenes de ultrasonido totalmente óptico para la velocidad de video, Imágenes 2-D en tiempo real de tejido biológico. El logro es un paso importante para hacer que el ultrasonido totalmente óptico sea práctico para el uso clínico de rutina.

Debido a que no requieren componentes electrónicos en la sonda de imagen, Los sistemas de ultrasonido totalmente ópticos podrían usarse de manera segura al mismo tiempo que los escáneres de imágenes por resonancia magnética (MRI). Esto les daría a los médicos una imagen más completa de los tejidos alrededor de un área de interés, como un tumor o un vaso sanguíneo.

"Las sondas de imágenes de ultrasonido totalmente ópticas tienen el potencial de revolucionar las intervenciones guiadas por imágenes, "dijo Erwin J. Alles, University College de Londres, Reino Unido. "La falta de componentes electrónicos y la compatibilidad con la resonancia magnética resultante permitirán una verdadera guía de imágenes multimodal, con sondas que potencialmente son solo una fracción del costo de las contrapartes electrónicas convencionales ".

Los espejos de escaneo Lightbeam integrados en el dispositivo aumentan la calidad de la imagen y permiten adquirir imágenes en diferentes modos. En un entorno clínico, esto permitiría a los médicos alternar rápidamente entre los modos en un solo instrumento para adaptarse a la tarea en cuestión. La adquisición de diferentes tipos de imágenes utilizando sistemas de ultrasonido convencionales generalmente requiere sondas especializadas separadas.

"La flexibilidad que ofrecen los espejos de escaneo permitirá un cambio perfecto entre imágenes 2-D y 3-D, así como una compensación ajustable dinámicamente entre la resolución de la imagen y la profundidad de penetración, sin la necesidad de cambiar la sonda de imagen, ", dijo Alles." Especialmente en un entorno de intervención mínimamente invasivo, intercambiar sondas de imagen es muy perjudicial, extiende los tiempos del procedimiento e introduce riesgos para el paciente ".

Eliminando la electrónica

Los generadores de imágenes de ultrasonido convencionales utilizan conjuntos de transductores electrónicos para transmitir ondas de sonido de alta frecuencia al tejido y recibir los reflejos. Luego, una computadora construye imágenes del tejido.

Por el contrario, Los generadores de imágenes de ultrasonido totalmente ópticos utilizan la luz tanto para transmitir como para recibir ondas de ultrasonido. La luz láser pulsada se utiliza para generar ondas de ultrasonido, y los espejos de exploración controlan dónde se transmiten las ondas al tejido. Un sensor de fibra óptica recibe las ondas reflejadas.

Los componentes electrónicos de los dispositivos de ultrasonido convencionales dificultan su miniaturización para uso interno, por lo que la mayoría de los dispositivos de ultrasonido existentes son grandes, sondas de mano que se colocan sobre la piel. Si bien se han desarrollado algunas sondas de ultrasonido mínimamente invasivas de alta resolución, son demasiado caras para el uso clínico habitual. Los componentes ópticos se miniaturizan fácilmente y las pequeñas sondas de ultrasonido totalmente ópticas probablemente serían significativamente menos costosas de fabricar que los sistemas de ultrasonido electrónicos compactos. dicen los investigadores.

Acelerar el procesamiento de imágenes

Para generar imágenes, un sistema de ultrasonido totalmente óptico debe adquirir datos de múltiples ubicaciones de fuentes ópticas, combínelos y luego cree una visualización que reconstruya el área que está siendo fotografiada.

Los investigadores han demostrado anteriormente el uso de ultrasonidos totalmente ópticos para generar imágenes 2-D y 3-D de alta calidad, pero adquirir las imágenes tomó horas, haciendo que estos dispositivos sean demasiado lentos para su uso en un entorno clínico. La nueva demostración es la primera en adquirir y mostrar imágenes con ultrasonido totalmente óptico a velocidades de video.

"Mediante la combinación de un nuevo paradigma de imágenes, nuevos materiales ópticos generadores de ultrasonidos, geometrías optimizadas de la fuente de ultrasonidos y un detector de ultrasonidos de fibra óptica de alta sensibilidad, logramos velocidades de fotogramas de imagen que eran hasta tres órdenes de magnitud más rápidas que el estado actual de la técnica, "dijo Alles.

Una multiherramienta médica

Los sistemas de ultrasonido óptico son inherentemente más versátiles que sus contrapartes electrónicos porque pueden producir sonido en un ancho de banda mucho mayor. Alles y sus colegas demostraron cómo se puede manipular la fuente de luz para generar ultrasonidos de baja frecuencia, lo que da como resultado una mayor penetración en el tejido, o ultrasonido de alta frecuencia, que ofrece imágenes de mayor resolución a menor profundidad.

El equipo probó su sistema prototipo obteniendo imágenes de un pez cebra fallecido, así como una arteria de cerdo que manipularon para emular la dinámica de la sangre pulsante. La demostración mostró capacidades de obtención de imágenes comparables a las de un sistema de ultrasonido electrónico de alta frecuencia, con una frecuencia de fotogramas sostenida de 15 hercios, un rango dinámico de 30 decibeles, una profundidad de penetración de 6 milímetros y una resolución de 75 por 100 micrómetros.

Adaptar la tecnología para uso clínico, los investigadores están trabajando para desarrollar un sonda de imagen flexible para operación manual, así como versiones miniaturizadas para aplicaciones endoscópicas.