Creating Biomedical Technologies to Improve Health

Resultados de biopsia mas rápidos con un nuevo panel de microscopios

Friday, June 30, 2006

Ronald S. Weinstein, M.D.

Hasta la paciente más confiada se pone nerviosa esperando una o dos semanas los resultados de una biopsia de seno. El tejido debe ser procesado y examinado por un patólogo que envía el informe al cirujano o técnico en mamografía, que a su vez informa a la paciente. Si el patólogo diagnostica un cáncer de seno, una o dos semanas mas pueden pasar si la paciente pide una segunda opinión.

Un nuevo procedimiento desarrollado en el Colegio de Medicina de la Universidad de Arizona permite a las pacientes tener la biopsia procesada, interpretada y diagnosticada, e incluso obtener una segunda opinión, en un día. Combinando un procesado rápido de tejido con telepatología y teleoncología, el tiempo necesario para un diagnóstico de cáncer se ha reducido a unas horas, según el Dr. Ronald S. Weinstein, Jefe del Departamento de Patología de la Universidad de Arizona.

El corazón del sistema es un escáner virtual de portaobjetos de patología desarrollado por un equipo de ingenieros de DMetrix Inc., en Tucson. El escáner contiene un novedoso microscopio que incluye un panel de 80 microscopios diminutos, los cuales escanean simultáneamente una pieza entera de tejido. "El resultado con nuestro sistema es una imagen digital de todo el portaobjetos en una sola pasada", dice Artur Olszak, Director de ingeniería en DMetrix. "El proceso tarda menos de un minuto".

La manera convencional

Los escáneres virtuales convencionales usan un microscopio de luz con un solo eje óptico para escanear una sección de tejido montada en un portaobjetos de cristal. Pero como los patólogos necesitan imágenes de alta resolución, la imagen digital de la sección de tejido se obtiene observando un área pequeña a la vez.

Los sistemas de imagen digital basados en microscopios de un solo eje óptico escanean muchos campos individualmente que luego se unen para componer una imagen. El proceso completo para escanear un solo portaobjetos de histopatología requiere de 5 a 60 minutos.

"En óptica convencional hay un balance fundamental entre el campo visual y la resolución", dice Olszak. "Uno puede observar un campo visual amplio con baja resolución o viceversa, alta resolución con un campo visual menor".

Construir un panel

Para evitar ese problema, los ingenieros de DMetrix crearon un nuevo tipo de instrumento óptico basado en el ensamblaje de un panel de mini-lentes. "El aparato consiste de tres capas superpuestas de paneles de lentes, cada mini-lente tiene 1.5 mm de diámetro," dice Olszak. Cada panel de mini-lentes es del tamaño de una moneda de cuarto de dólar. Ocho filas de 10 lentes se colocan alternadamente para que ocupen el mínimo espacio. Sobre el panel de lentes hay una cámara pequeña. El ensamblaje completo de panel de lentes, incluyendo la cámara/sensor, es del tamaño de 5 monedas de cuarto de dólar apiladas. El ensamblaje, suspendido, se mueve a lo largo del portaobjetos de cristal. "Esta es una nueva clase de sistemas ópticos que produce imágenes de muy buena calidad", dice Olszak.

Automatizar el proceso de escaneado también contribuye a reducir el tiempo necesario para el diagnóstico. Una vez que el técnico de laboratorio carga un paquete de portaobjetos en el cartucho, la máquina hace el resto: "El sistema determina dónde está el tejido, enfoca automáticamente, deposita las imágenes en la carpeta correspondiente, y esas imágenes se pueden ver en la computadora", dice Olszak. "El escáner es totalmente independiente – lo llamamos escáner que se cuida solo".

Las imágenes resultantes se pueden compartir con patólogos del mismo hospital así como con otros que trabajan en lugares distantes. "Una patología digital eficiente será también muy útil en las aulas," dice Olszak, "porque los instructores pueden asegurar que todos los alumnos observen características microscópicas en las mismas muestras de tejido". Portaobjetos virtuales de DMetrix se han incorporado al currículum del Colegio de Medicina de la Universidad de Arizona y son populares entre estudiantes de medicina.

Ayudando a pacientes

Doctores del servicio de patología del Centro Médico Universitario de la Universidad de Arizona han usado el sistema DMetrix durante más de un año para evaluar biopsias de seno como parte de un proyecto de investigación. "Hemos hecho docenas de casos con DMetrix y las mujeres estan encantadas con este servicio de biopsia de un día", dice Weinstein, que también es Director del Programa de Telemedicina del Estado de Arizona y cofundador de DMetrix, Inc.

A través de UltraClinics®, una compañía proveedora de servicios de telemedicina también fundada por Weinstein, la tecnología de escaneado rápido beneficiará a pacientes de zonas remotas ya que los portaobjetos virtuales se pueden poner en un servidor y se puede acceder a ellos usando un sitio seguro de Internet. Además de analizar biopsias de seno, UltraClinics® también proporciona diagnósticos rápidos de cáncer de próstata.

Posibilidades futuras

Es posible que la tecnología de panel de microscopios en miniatura se pueda usar en otros campos además de patología. "Hemos hablado sólo de medicina, pero el mismo principio de adquisición rápida y alta resolución se puede aplicar a láminas semiconductoras, por ejemplo", dice Olszak. "Hay muchas áreas diferentes que no hemos tocado aún".

En reconocimiento de la nueva tecnología, el primer producto de DMetrix, DX-40 Array Microscope, ganó en 2005 el premio "R&D 100 Award" de R&D Magazine y ganó segundo lugar en los premios a la Innovación Tecnológica Global en 2005 (Global Technology Innovation Awards) que otorga The Wall Street Journal.

El DMetrix DX-40 Array Microscope se desarrolló con una subvención para Investigación Innovativa en Pequeñas Empresas (SBIR por sus siglas en inglés) del Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería (National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering, NIBIB).

Referencias

Olszak, AG, and MR Descour, Microscopy in multiples, oemagazine, 5: 16-18, 2005.

Weinstein RS. Innovations in medical imaging and virtual microscopy, Human Pathology, 36: 317-319, 2005.

Weinstein RS, et al., Reinvention of light microscopy. Array microscopy and ultrarapidly scanned virtual slides for diagnostic pathology and medical education. In: Virtual microscopy and Virtual Slides in Teaching, Diagnosis and Research, J Gu and RW Ogilvie, eds., CRC Francis and Taylor Press, 9-34, 2005.

Kayser K, et al., Telepathology and Telemedicine: Communication, Electronic Education and Publication in e-Health. VSV Interdisciplinary Medical Publishing, Berlin, 23-29, 2005.

Weinstein RS, Descour MR, Liang C, Barker G, Scott KM, Richter L, Krupinski EA, Bhattacharyya AK, Davis JR, Graham AR, Rennels M, Russum WC, Goodall JF, Zhou P, Olszak AG, Williams BH, Wyant JC, Bartels PH. An array microscope for ultrarapid virtual slide processing and telepathology, Human Pathology, 35:1303-1314, 2004.

UltraClinics® is a registered trademark of UltraClinics®, Inc.

La imagen pequeña (arriba a la derecha) muestra cinco muestras de biopsias nucleares de seno tomadas de una sección completa de tejido, montadas en un portaobjetos de cristal que luego es convertido en un portaobjetos virtual que es accesible a distancia desde un sitio seguro de Internet. El recuadro sobre la imagen pequeña muestra el área seleccionada por un telepatólogo para observarla a mayor aumento en una ventana más grande. La biopsia revela que el cáncer de seno ha invadido el tejido adiposo, que aquí se ve como espacios redondos que parecen vacíos a este aumento (abajo a la izquierda, pantalla principal). La barra de herramientas del visualizador de DMetrix (arriba) permite al patólogo manipular la imagen a voluntad. Cortesía de Ronald S. Weinstein, M.D., Universidad de Arizona.

La imagen pequeña (arriba a la derecha) muestra cinco muestras de biopsias nucleares de seno tomadas de una sección completa de tejido, montadas en un portaobjetos de cristal que luego es convertido en un portaobjetos virtual que es accesible a distancia desde un sitio seguro de Internet. El recuadro sobre la imagen pequeña muestra el área seleccionada por un telepatólogo para observarla a mayor aumento en una ventana más grande. La biopsia revela que el cáncer de seno ha invadido el tejido adiposo, que aquí se ve como espacios redondos que parecen vacíos a este aumento (abajo a la izquierda, pantalla principal). La barra de herramientas del visualizador de DMetrix (arriba) permite al patólogo manipular la imagen a voluntad. Cortesía de Ronald S. Weinstein, M.D., Universidad de Arizona.

Espécimen de patología quirúrgica de cáncer de seno positivo para el receptor de estrógeno (ER) visto como portaobjetos virtual de DMetrix. La mayoría de los núcleos de células cancerosas se tiñen positivamente (marrón oscuro) para ER. Los datos de estudios de ER ayudan a predecir resultados clínicos y se usan para adaptar la terapia a cada paciente. Este espécimen se tiñó para ver ER con inmunohistoquímica. Cortesía de Ronald S. Weinstein, M.D., Universidad de Arizona.

Espécimen de patología quirúrgica de cáncer de seno positivo para el receptor de estrógeno (ER) visto como portaobjetos virtual de DMetrix. La mayoría de los núcleos de células cancerosas se tiñen positivamente (marrón oscuro) para ER. Los datos de estudios de ER ayudan a predecir resultados clínicos y se usan para adaptar la terapia a cada paciente. Este espécimen se tiñó para ver ER con inmunohistoquímica. Cortesía de Ronald S. Weinstein, M.D., Universidad de Arizona.