¿Qué es un escáner 3D fotoacústico óptico?

El escáner 3D fotoacústico óptico es una tecnología que combina luz y sonido para obtener imágenes detalladas de los tejidos humanos de una forma no invasiva. Desarrollado por investigadores de la University College London (UCL), este dispositivo aprovecha los principios de la fotoacústica, una técnica en la que pulsos de luz láser son absorbidos por los tejidos, provocando que estos emitan ondas de sonido. Estas ondas se capturan y se reconstruyen en una imagen tridimensional detallada, revelando características vasculares y celulares con una precisión sin precedentes.

A diferencia de las tecnologías tradicionales de imagen médica, como las ecografías o las resonancias magnéticas, este escáner permite obtener imágenes de los vasos sanguíneos y otras estructuras internas en tiempo real, con una resolución superior y sin exponer al paciente a radiación ionizante.

¿Cómo funciona?

La tecnología fotoacústica se basa en el llamado "efecto fotoacústico", descubierto por Alexander Graham Bell en 1880. El efecto se produce cuando un material absorbe luz y genera ondas de sonido debido a la expansión térmica del material irradiado. En el contexto del escáner fotoacústico, los tejidos del cuerpo humano absorben pulsos de luz láser, lo que provoca pequeñas vibraciones acústicas. Estos sonidos, aunque imperceptibles para el oído humano, son captados por detectores ultrasensibles que los convierten en imágenes detalladas.

Lo que distingue al escáner 3D fotoacústico óptico de otros dispositivos de imagen es su capacidad para detectar con precisión las redes de vasos sanguíneos. Esto es crucial en la detección precoz de tumores, ya que el crecimiento del cáncer está estrechamente relacionado con la formación de nuevas redes vasculares (angiogénesis). Detectar estos patrones vasculares a una escala microscópica puede permitir a los médicos diagnosticar el cáncer en etapas tempranas, cuando el tratamiento es más eficaz.

Aplicaciones en medicina

El escáner 3D fotoacústico óptico tiene una amplia gama de aplicaciones en el diagnóstico y tratamiento de enfermedades, como la detección precoz del cáncer, que es una de las principales aplicaciones de esta tecnología es la detección temprana de tumores malignos. Gracias a su capacidad para identificar patrones vasculares anómalos asociados con el crecimiento de tumores, el escáner puede detectar el cáncer en sus primeras etapas, incluso antes de que sea visible en otras técnicas de imagen. Esto podría mejorar significativamente las tasas de supervivencia al permitir un tratamiento temprano.

Del mismo modo, además del cáncer, el escáner 3D fotoacústico óptico tiene un gran potencial en la evaluación de enfermedades inflamatorias crónicas, como la artritis reumatoide. Las imágenes vasculares detalladas permiten a los médicos monitorizar la inflamación en las articulaciones y ajustar los tratamientos en consecuencia. La capacidad de obtener imágenes en tiempo real también facilita la evaluación de la respuesta del paciente a terapias específicas.

Las enfermedades cardiovasculares son una de las principales causas de muerte en todo el mundo y este escáner podría desempeñar un papel importante en su diagnóstico y prevención. Al permitir una visualización clara de los vasos sanguíneos y las arterias, el escáner puede ayudar a los médicos a identificar signos tempranos de aterosclerosis y otras afecciones vasculares.

En procedimientos quirúrgicos, la capacidad de obtener imágenes vasculares detalladas en tiempo real puede ser de gran ayuda para los cirujanos. El escáner podría utilizarse para guiar intervenciones mínimamente invasivas, como la extracción de tumores o la reparación de vasos sanguíneos dañados.

Ventajas frente a otras tecnologías

El escáner 3D fotoacústico óptico ofrece varias ventajas sobre las tecnologías de imagen existentes como que, a diferencia de los rayos X o las tomografías computarizadas, que utilizan radiación ionizante, la tecnología fotoacústica es completamente segura y no invasiva. Esto significa que puede utilizarse de manera repetida sin riesgo para el paciente.

Las imágenes obtenidas mediante esta tecnología son de alta resolución, lo que permite a los médicos visualizar detalles a nivel microscópico que no son visibles con otras técnicas de imagen.

Además, el escáner 3D fotoacústico óptico ofrece imágenes en tiempo real, lo que es crucial en situaciones clínicas en las que se necesita una evaluación rápida, y —aunque aún se encuentra en fases iniciales de desarrollo— se espera que el coste del escáner sea relativamente bajo en comparación con otras tecnologías de imagen avanzadas, como la resonancia magnética o la tomografía por emisión de positrones (PET).

Desafíos que presenta esta tecnología

A pesar de su potencial, la tecnología fotoacústica todavía enfrenta varios desafíos antes de convertirse en una herramienta de uso común en los hospitales. Uno de los principales obstáculos es la necesidad de mejorar los detectores de sonido para que sean lo suficientemente sensibles como para captar las señales acústicas más débiles. Además, la implementación clínica de esta tecnología requiere pruebas exhaustivas y la aprobación de organismos reguladores.

Sin embargo, los investigadores son optimistas sobre su futuro. En la última década, la tecnología ha avanzado rápidamente, y varios ensayos clínicos ya están en marcha para evaluar su eficacia en la detección del cáncer y otras enfermedades. Con el tiempo, es probable que el escáner 3D fotoacústico óptico se convierta en una herramienta indispensable en el arsenal de los médicos, transformando la forma en que se diagnostican y tratan las enfermedades.

Referencias

Huynh, N.T., Zhang, E., Francies, O. et al. A fast all-optical 3D photoacoustic scanner for clinical vascular imaging. Nat. Biomed. Eng (2024). https://doi.org/10.1038/s41551-024-01247-x