Para la mayoría de las personas, hacerse un ultrasonido es un procedimiento relativamente fácil: como un técnico presiona suavemente una sonda contra la piel del paciente, las ondas de sonido generadas por la sonda viajan a través de la piel, rebotando en el músculo, la grasa y otros tejidos blandos antes de reflejarsede vuelta a la sonda, que detecta y traduce las ondas en una imagen de lo que hay debajo.
El ultrasonido convencional no expone a los pacientes a radiación dañina como lo hacen los escáneres de rayos X y CT, y generalmente no es invasivo. Pero requiere contacto con el cuerpo de un paciente y, como tal, puede ser limitante en situaciones en las que los médicos deseenpacientes con imágenes que no toleran bien la sonda, como bebés, víctimas de quemaduras u otros pacientes con piel sensible. Además, el contacto con la sonda de ultrasonido induce una variabilidad significativa de la imagen, lo cual es un desafío importante en las imágenes de ultrasonido modernas.
Ahora, los ingenieros del MIT han ideado una alternativa al ultrasonido convencional que no requiere contacto con el cuerpo para ver el interior de un paciente. La nueva técnica de ultrasonido láser aprovecha un sistema láser seguro para los ojos y la piel para obtener imágenes remotas del interiorde una persona. Cuando se entrena en la piel de un paciente, un láser genera de forma remota ondas de sonido que rebotan a través del cuerpo. Un segundo láser detecta de forma remota las ondas reflejadas, que los investigadores luego traducen en una imagen similar a la ecografía convencional.
En un artículo publicado hoy por Nature en la revista Luz: ciencia y aplicaciones , el equipo informa que generó las primeras imágenes de ultrasonido con láser en humanos. Los investigadores escanearon los antebrazos de varios voluntarios y observaron características comunes de los tejidos, como los músculos, las grasas y los huesos, hasta unos 6 centímetros debajo de la piel. Estas imágenes, comparablespara la ecografía convencional, se produjeron utilizando láseres remotos enfocados en un voluntario a medio metro de distancia.
"Estamos al principio de lo que podríamos hacer con el ultrasonido láser", dice Brian W. Anthony, científico investigador principal del Departamento de Ingeniería Mecánica e Instituto de Ingeniería Médica y Ciencia IMES del MIT, autor principal de"Imagine que llegamos a un punto en el que podemos hacer todo lo que el ultrasonido puede hacer ahora, pero a distancia. Esto le brinda una forma completamente nueva de ver los órganos dentro del cuerpo y determinar las propiedades del tejido profundo, sin hacer contacto con elpaciente."
Los coautores de Anthony en el artículo son el autor principal y el postdoctorado del MIT Xiang Shawn Zhang, el reciente graduado doctoral Jonathan Fincke, junto con Charles Wynn, Matthew Johnson y Robert Haupt del Laboratorio Lincoln del MIT.
Gritando en un cañón - con una linterna
En los últimos años, los investigadores han explorado métodos basados en láser en la excitación por ultrasonido en un campo conocido como fotoacústica. En lugar de enviar ondas de sonido directamente al cuerpo, la idea es enviar luz, en forma de láser pulsado sintonizado auna longitud de onda particular, que penetra en la piel y es absorbida por los vasos sanguíneos.
Los vasos sanguíneos se expanden y relajan rápidamente, instantáneamente calentados por un pulso láser y luego enfriados rápidamente por el cuerpo a su tamaño original, solo para ser golpeados nuevamente por otro pulso de luz. Las vibraciones mecánicas resultantes generan ondas de sonido que viajan de regresoarriba, donde pueden ser detectados por transductores colocados en la piel y traducidos en una imagen fotoacústica.
Si bien la fotoacústica usa láseres para sondear de forma remota las estructuras internas, la técnica aún requiere un detector en contacto directo con el cuerpo para captar las ondas de sonido. Además, la luz solo puede viajar una corta distancia hacia la piel antes de desaparecer.Como resultado, otros investigadores han usado fotoacústica para obtener imágenes de los vasos sanguíneos justo debajo de la piel, pero no mucho más profundo.
Dado que las ondas de sonido viajan más adentro del cuerpo que la luz, Zhang, Anthony y sus colegas buscaron una forma de convertir la luz de un rayo láser en ondas de sonido en la superficie de la piel, para obtener imágenes más profundas en el cuerpo.
Según su investigación, el equipo seleccionó láseres de 1,550 nanómetros, una longitud de onda que es altamente absorbida por el agua y es segura para los ojos y la piel con un gran margen de seguridad. Como la piel está esencialmente compuesta de agua, el equipo razonóque debería absorber eficientemente esta luz, y calentarse y expandirse en respuesta. A medida que oscila de nuevo a su estado normal, la piel misma debería producir ondas de sonido que se propagan a través del cuerpo.
Los investigadores probaron esta idea con una configuración de láser, usando un láser pulsado configurado a 1,550 nanómetros para generar ondas de sonido, y un segundo láser continuo, sintonizado a la misma longitud de onda, para detectar de forma remota las ondas de sonido reflejadas. Este segundo láser es sensibledetector de movimiento que mide las vibraciones en la superficie de la piel causadas por las ondas de sonido que rebotan en el músculo, la grasa y otros tejidos. El movimiento de la superficie de la piel, generado por las ondas de sonido reflejadas, provoca un cambio en la frecuencia del láser, que puede medirse mecánicamente.escaneando los láseres sobre el cuerpo, los científicos pueden adquirir datos en diferentes ubicaciones y generar una imagen de la región.
"Es como si estuviéramos gritando constantemente en el Gran Cañón mientras caminamos a lo largo de la pared y escuchamos en diferentes lugares", dice Anthony. "Eso te da suficientes datos para descubrir la geometría de todas las cosas dentro de las que rebotan las olas".en contra - y los gritos se hacen con una linterna "
imágenes en el hogar
Los investigadores utilizaron por primera vez la nueva configuración para obtener imágenes de objetos metálicos incrustados en un molde de gelatina que se asemejaba al contenido de agua de la piel. Tomaron imágenes de la misma gelatina usando una sonda de ultrasonido comercial y descubrieron que ambas imágenes eran alentadoramente similares. Pasaron a tomar imágenes de tejido animal extirpado- en este caso, piel de cerdo - donde encontraron ultrasonido láser podría distinguir características más sutiles, como el límite entre músculo, grasa y hueso.
Finalmente, el equipo llevó a cabo los primeros experimentos de ultrasonido láser en humanos, utilizando un protocolo que fue aprobado por el Comité del MIT sobre el uso de humanos como sujetos experimentales. Después de escanear los antebrazos de varios voluntarios sanos, los investigadores produjeron el primero completamenteimágenes de ultrasonido láser sin contacto de un humano. Los límites de grasa, músculo y tejido son claramente visibles y comparables a las imágenes generadas utilizando sondas de ultrasonido comerciales basadas en contacto.
Los investigadores planean mejorar su técnica, y están buscando formas de aumentar el rendimiento del sistema para resolver las características finas en el tejido. También están buscando perfeccionar las capacidades del láser de detección. Más adelante, esperan miniaturizar elconfiguración del láser, para que la ecografía láser algún día se pueda implementar como un dispositivo portátil.
"Me imagino un escenario en el que puedes hacer esto en casa", dice Anthony. "Cuando me levanto por la mañana, puedo obtener una imagen de mi tiroides o arterias, y puedo tenerla en casaimágenes fisiológicas dentro de mi cuerpo. Podrías imaginar desplegar esto en el ambiente para comprender tu estado interno ".
Esta investigación fue apoyada en parte por el Programa de Línea Biomédica del Laboratorio MIT Lincoln para la Fuerza Aérea de los Estados Unidos y por el Programa de Investigación de Medicina Operativa Militar del Comando de Materiales e Investigación Médica del Ejército de los EE. UU.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Jennifer Chu. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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