Detrás de este avance se encuentra un equipo de investigadores de la Facultad de Medicina Keck de la USC, en colaboración con ingenieros del Instituto Tecnológico de California (Caltech).

La viabilidad de esta tecnología se ha demostrado en un estudio de prueba de concepto financiado por los Institutos Nacionales de Salud, cuyos resultados se acaban de publicar en la revista Nature Biomedical Engineering. El sistema combina ultrasonidos con imagen fotoacústica, una técnica que detecta las ondas sonoras generadas cuando la luz interactúa con los tejidos, y permite obtener imágenes tridimensionales del cuerpo humano, desde la cabeza hasta los pies, en apenas unos segundos.

Las técnicas de imagen médica son un pilar de la medicina moderna, ya que orientan el diagnóstico y el tratamiento de lesiones, infecciones, cáncer y enfermedades crónicas. No obstante, los métodos actualmente disponibles, como la ecografía, los rayos X, la tomografía computarizada (TC) o la resonancia magnética (RM), presentan limitaciones en términos de coste, tiempo de exploración y capacidad para ofrecer información detallada en profundidad, resolución y campo de visión.

“No se puede subestimar la importancia de las imágenes médicas para la práctica clínica. Nuestro equipo ha identificado las principales limitaciones de las técnicas existentes y ha desarrollado un enfoque novedoso para abordarlas”, afirmó Charles Liu, doctor en Medicina, profesor de Cirugía Neurológica Clínica, Urología y Cirugía en la Facultad de Medicina Keck, director del Centro de Neurorrestauración de la USC y coautor principal del estudio.

“No se puede subestimar la importancia de las imágenes médicas para la práctica clínica” 

Para demostrar la versatilidad de esta tecnología, los investigadores obtuvieron imágenes de distintas regiones del cuerpo humano, entre ellas el cerebro, el pecho, la mano y el pie. En el caso de las imágenes cerebrales, estas se realizaron en pacientes con traumatismo craneoencefálico sometidos a cirugía, a quienes se les había retirado temporalmente una parte del cráneo. Los resultados muestran que el sistema es capaz de capturar tanto la estructura de los tejidos como los vasos sanguíneos en áreas de hasta 10 centímetros de ancho, en aproximadamente 10 segundos.

“Hemos ideado un método novedoso que cambia la forma en que los sistemas de imagen por ultrasonidos y fotoacústicos funcionan juntos, lo que nos permite obtener imágenes mucho más completas a profundidades significativas. Se trata de un emocionante avance en el diagnóstico no invasivo que no utiliza radiación ionizante ni imanes potentes”, señaló Lihong Wang, doctor y coautor principal, profesor Bren de Ingeniería Médica e Ingeniería Eléctrica en Caltech.

UNA NUEVA PLATAFORMA DE IMAGENOLOGÍA 

Por primera vez en seres humanos, el equipo ha combinado dos métodos de imagenología -la tomografía por ultrasonido rotacional (RUST) y la tomografía fotoacústica (PAT)- para desarrollar una plataforma denominada RUS-PAT. La RUST, similar a un ultrasonido convencional, dirige ondas sonoras hacia el área de interés, pero emplea un arco de detectores en lugar de uno solo, lo que permite reconstruir imágenes volumétricas en 3D de los tejidos.

De forma complementaria, la PAT utiliza un haz de luz láser dirigido a la misma región, que es absorbido por la hemoglobina de la sangre. Esa absorción genera vibraciones que emiten señales ultrasónicas, captadas por los mismos detectores para crear imágenes tridimensionales de los vasos sanguíneos. El sistema se apoya en trabajos previos del equipo USC-Caltech, que ya habían demostrado la capacidad de la fotoacústica para obtener imágenes de la actividad cerebral.

Según los investigadores, RUS-PAT presenta varias ventajas frente a las herramientas actuales de imagen médica. Su construcción es menos costosa que la de un escáner de resonancia magnética, evita el uso de radiación ionizante propia de las radiografías y la TC, y ofrece imágenes más avanzadas que las ecografías convencionales. “Cuando pensamos en las limitaciones críticas de las imágenes médicas actuales, incluyendo el coste, el campo de visión, la resolución espacial y el tiempo de exploración, esta plataforma aborda muchas de ellas”, señaló Liu.

EL POTENCIAL DE LA FOTOACÚSTICA 

La obtención de imágenes del cerebro, las mamas, las manos y los pies ha permitido a los investigadores mostrar el potencial de RUS-PAT en un amplio abanico de aplicaciones clínicas. Las imágenes cerebrales son clave para el diagnóstico y tratamiento de accidentes cerebrovasculares, lesiones cerebrales traumáticas y enfermedades neurológicas, mientras que las imágenes mamarias son fundamentales en el abordaje de uno de los cánceres más frecuentes a nivel mundial.

“La fotoacústica abre una nueva frontera en el estudio del ser humano, y creemos que esta tecnología será fundamental para el desarrollo de nuevos diagnósticos y terapias específicas para cada paciente”, afirmó Jonathan Russin, doctor en Medicina, coautor principal del estudio y profesor y jefe de Neurocirugía de la Universidad de Vermont.

“Este enfoque tiene el potencial de ayudar a los médicos a identificar las extremidades en riesgo e informar sobre las intervenciones necesarias para preservar la función en la enfermedad del pie diabético” 

Asimismo, la posibilidad de obtener imágenes rápidas y de bajo coste del pie podría resultar de gran utilidad para millones de personas con complicaciones asociadas al pie diabético y a enfermedades venosas. “Este enfoque tiene claramente el potencial de ayudar a los médicos a identificar las extremidades en riesgo y a informar sobre las intervenciones necesarias para preservar la función en la enfermedad del pie diabético y otras afecciones vasculares”, explicó Tze-Woei Tan, doctor en Medicina, coautor del estudio y profesor asociado de cirugía clínica en la Facultad de Medicina Keck.

Antes de su aplicación clínica generalizada, el RUS-PAT requiere nuevos desarrollos. Uno de los principales retos es la obtención de imágenes cerebrales a través del cráneo, ya que este distorsiona las señales del sistema. El equipo de Caltech está explorando soluciones, como ajustes en la frecuencia de los ultrasonidos, además de mejoras adicionales para garantizar una calidad de imagen uniforme.

“Se trata de un estudio de prueba de concepto preliminar pero importante, que demuestra que el RUS-PAT puede crear imágenes médicamente significativas en múltiples partes del cuerpo. Ahora seguimos perfeccionando el sistema mientras avanzamos hacia su futuro uso clínico”, concluyó Liu.