Ultrasonido con enfoque invertido de luz para visualizar el tejido humano

Una estrella guía de ultrasonido y espejo de tiempo invertido puede enfocar la luz en las profundidades bajo la piel, un avance revolucionario en la tecnología de la imaginología médica.

Los astrónomos crean una estrella artificial llamada una estrella guía y usan su parpadear para compensar la turbulencia atmosférica. Lihong Wang, PhD, un profesor de ingeniería biomédica de la Universidad de Washington en St. Louis (MO, EUA), ha diseñado una estrella guía para la biomedicina en vez de la imaginología celestial, un descubrimiento que tiene el potencial para mejoramientos que cambien el juego en la imaginología biomédica y la terapia de luz. La estrella guía del Dr. Wang es un rayo de ultrasonido que "etiqueta" la luz que pasa a través de éste. Cuando emerge del tejido, la luz marcada, junto con un rayo de referencia, genera un holograma.

Cuando un rayo de lectura luego es devuelto a través del holograma, actúa como un espejo de tiempo invertido, creando ondas de luz que sigue sus propias vías hacia atrás a través del tejido, llegando a un foco en su fuente virtual, el área donde el ultrasonido es enfocado. La técnica, llamada enfoque óptico codificado ultrasónicamente en tiempo invertido (TRUE), por lo tanto permite que el científico enfoque la luz a una posición controlable dentro del tejido.

El Dr. Wang cree que TRUE llevará a una imaginología de luz más efectiva, detectando, manipulación y terapia, lo cual puede ser un beneficio para la investigación médica, diagnóstico y terapéutica. En la terapia fototérmica, por ejemplo, los científicos han tenido dificultad para aplicar suficientes protones a un tumor, calentar y matar las células. Por lo tanto, tienen que tratar el tumor durante un tiempo largo o usar una luz muy fuerte para lograr que protones suficientes lleguen al sitio, reportó el Dr. Wang. Sin embargo, TRUE les permitirá enfocar la luz correcta en el tumor, idealmente sin perder un solo fotón marcado por la dispersión. "Enfocar la luz en un medio de dispersión como el tejido ha sido un sueño durante años y años, desde el principio de la óptica biomédica", dijo el Dr. Wang. "No podemos enfocar más allá de decir un milímetro, la amplitud de un cabello, y ahora usted puede enfocarse donde desee sin ningún tipo de medida invasiva".

La técnica nueva fue publicada en la edición en línea del 16 de enero de 2011, en la publicación Nature Photonics. Las ventajas y problemas del ultrasonido son de muchas maneras complementarios a las de la luz. La dispersión del ultrasonido es mil veces más débil que la dispersión óptica. El ultrasonido revela una densidad y compresibilidad del tejido, las cuales con frecuencia no son muy reveladoras. Por ejemplo, la densidad de los tumores en estadío temprano no difiere mucho de la del tejido sano.

El Dr. Wang espera que la técnica TRUE para enfocar la luz en el tejido tenga muchas aplicaciones, incluyendo la imaginología óptica, detección, manipulación y terapia. También mencionó su impacto probable sobre el campo emergente de la optogenética. En la optogénetica, la luz es usada para probar y controlar las neuronas vivas que están expresando moléculas o estructuras activadas por la luz. La optogenética puede permitir que los circuitos cerebrales de animales vivos sean probados a las velocidades altas necesarias para examinar el procesamiento de los datos cerebrales.

Sin embargo, la optogenética ha sufrido la misma limitación que afecta a los métodos ópticos para estudiar los tejidos biológicos. Las regiones del cerebro cerca de la superficie pueden ser estimulados con fuentes de luz directamente montados en el cráneo, pero para examinar áreas más profundas, las fibras ópticas deben ser insertadas en el cerebro.

TRUE permitirá, según el Dr. Wang, que la luz sea enfocada en esas áreas más profundas sin procedimientos invasivos, logrando finalmente la meta de hacer el tejido transparente a las frecuencias ópticas.

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Washington University in St. Louis