Imágenes fotoacústicas, una técnica para examinar materiales vivos mediante el uso de luz láser y ondas de sonido ultrasónicas, tiene muchas aplicaciones potenciales en medicina debido a su capacidad para mostrar todo, desde órganos hasta vasos sanguíneos y tumores.

Lihong Wang de Caltech, un pionero en el campo, ha desarrollado variantes de imágenes fotoacústicas que pueden mostrar órganos en movimiento en tiempo real, Desarrollar imágenes tridimensionales (3-D) de partes internas del cuerpo, e incluso diferenciar las células cancerosas de las células sanas.

Wang, Bren Professor de Ingeniería Médica e Ingeniería Eléctrica, ahora cuenta con una tecnología de imagen fotoacústica más avanzada con lo que él llama Topografía Fotoacústica a través de un relé ergódico (PATER), cuyo objetivo es simplificar el equipo necesario para la obtención de imágenes de este tipo.

Para explicar cómo funciona PATER, se necesita alguna información de antecedentes. Las imágenes fotoacústicas funcionan enviando un pulso de luz láser al tejido que se va a examinar. Cuando la luz incide en moléculas del tejido, les hace vibrar, creando ondas ultrasónicas que viajan a través del tejido hasta que son captadas por un tipo de sensor llamado transductor que se presiona contra la superficie del tejido. Las señales detectadas por los transductores son procesadas por una computadora para crear una imagen de la estructura interna del tejido.

Este sistema funciona, pero para desarrollar una imagen clara, se requieren varios sensores. Una iteración de la tecnología utiliza 512 sensores que deben presionarse contra el tejido al mismo tiempo.

"Cada punto de la superficie debe estar cubierto por una serie de transductores, y eso es algo costoso de construir, ", Dice Wang." Estamos pensando en cómo hacer que nuestro sistema sea más barato, y ponible. Es difícil hacer una matriz lo suficientemente compacta como para usarla ".

Hacer que el sistema sea más económico y compacto significa usar menos sensores, pero eso dificultaría la recopilación de datos suficientes para desarrollar una imagen. Ahora, Wang y su equipo de investigación han encontrado una solución:un llamado relé ergódico.

En informática, Hay dos formas principales de transmitir datos:en serie y en paralelo. En transmisión en serie, los datos se envían en un solo flujo a través de un canal de comunicación. En transmisión paralela, varios datos se envían al mismo tiempo utilizando múltiples canales de comunicación.

Los dos tipos de comunicación son aproximadamente análogos a la forma en que se podrían usar las cajas registradoras en una tienda. La comunicación en serie sería como tener una caja registradora. Todos se ponen en la misma fila y ven el mismo cajero. La comunicación en paralelo sería como tener varios registros y una línea para cada uno.

El sistema que Wang diseñó con 512 sensores es similar al de la tienda con muchas cajas registradoras. Todos los sensores funcionan al mismo tiempo, cada uno tomando parte de los datos sobre las vibraciones ultrasónicas generadas por el pulso láser.

Dado que las vibraciones ultrasónicas del sistema se producen en una breve ráfaga, un solo sensor se vería abrumado si se usara para intentar recopilar todos los datos en ese corto período de tiempo. Ahí es donde entra en juego el relé ergódico.

Como lo describe Wang, un relé ergódico es una especie de cámara alrededor de la cual puede hacer eco el sonido. Cuando las vibraciones ultrasónicas pasan a través del relé ergódico, se alargan en el tiempo. Para volver a la metáfora de la caja registradora, sería como tener otro empleado ayudando al cajero individual diciéndoles a los clientes que caminen unas vueltas alrededor de la tienda hasta que el cajero esté listo para verlos, para que el cajero no se sienta abrumado.

Wang dice que esta primera versión del sistema PATER es capaz de generar imágenes 2-D pero aún no puede generar imágenes 3-D como algunos de sus otros sistemas fotoacústicos. Agrega que el sistema, cuando madura, También podría ser útil para otros fines médicos además de obtener imágenes de tejidos y estructuras corporales.

"Quizás podríamos usarlo para detectar los niveles de glucosa de los pacientes diabéticos si usamos la longitud de onda de la luz absorbida por la glucosa, ", dice." ¿Quizás podríamos ejecutar paneles de lípidos? Podemos sentir todo tipo de sustancias químicas si ajustamos el sistema para estas moléculas ".

El documento que describe la tecnología, titulado "Topografía fotoacústica instantánea a través de un relé ergódico para obtener imágenes de absorción óptica de alto rendimiento, "aparece en la edición del 20 de enero de Fotónica de la naturaleza .