Creating Biomedical Technologies to Improve Health

Tomografía de Coherencia Óptica Lista para Mejorar Diagnósticos

Thursday, October 23, 2008

Hace poco más de 15 años, utilizando tecnología que revolucionaría la industria de las telecomunicaciones, investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts desarrollaron una elegante técnica de imágenes ópticas—tomografía de coherencia óptica (OCT por sus siglas en inglés). Esta técnica, análoga al ultrasonido, utiliza luz casi-infrarroja en lugar de ondas sonoras para crear imágenes. La luz se refleja desde el tejido y es capturada por un detector. Un software de análisis de imágenes combina las señales de la luz reflejada para formar una imagen.

Inicialmente, los investigadores utilizaron la OCT para examinar las estructuras finas de la retina. Los oftalmólogos adoptaron la OCT porque les ofrecía una manera no-invasiva de ver la retina y se comparaba con otras técnicas como la de imágenes por resonancia magnética a un costo relativamente bajo. Debido a que cada capa de la retina puede ser vista con la OCT, la técnica podría ayudar en el monitoreo de condiciones tales como glaucoma, agujeros maculares (rasgaduras retinales), y edema macular no-vascular (inflamación del centro de la retina). La técnica podría monitorizar también qué tan bien funcionan las terapias retinales con medicamentos. La OCT se considera ahora como el “estándar dorado” para imágenes retinales.

A pesar de que la calidad de imagen y los ritmos de adquisición de imágenes de la OCT eran adecuados para estudios oftalmológicos, no eran suficientemente buenos para utilizarse en otros campos clínicos. Desde su introducción, los investigadores e ingenieros alrededor del mundo han trabajado para mejorar la resolución y la velocidad de imagen de la OCT. La técnica puede ofrecer ahora imágenes claras de tres dimensiones tomadas en tiempo real.

Con estos avances, la OCT está ya lista para contribuir en diversos campos incluyendo oncología quirúrgica, cardiología, gastroenterología, e ingeniería de tejidos. La habilidad de la OCT para ofrecer información cuantitativa inmediata podría convertirla en componente integral de una clínica de diagnóstico.

Los cirujanos están utilizando tomografía de coherencia óptica para evaluar tejido inmediatamente después de ser removido, en este caso del seno. La imagen superior no muestra señal de cáncer; la imagen del centro muestra células cancerosas restantes (en las flechas rojas) y coincide con la imagen inferior, una diapositiva de patología tradicional.

Surgeons are using optical coherence tomography to assess tissue immediately after it is removed, in this case from the breast. The top image shows no sign of cancer; the middle image shows remaining cancer cells (at the red arrows) and agrees with the bottom image, a traditional pathology slide.

 

Mejores Biopsias

Las biopsias con aguja extraen células de una área sospechosa en el cuerpo, las cuales son examinadas bajo un microscopio para determinar el grado de la enfermedad presente. El procedimiento puede tener un alto nivel de resultados sin diagnóstico, es decir que el tejido extraído sólo contiene células normales aún cuando otra técnica de diagnóstico haya mostrado que existe una masa anormal. En estos casos, los pacientes deben someterse a una biopsia quirúrgica. Aproximadamente un 10-15% de biopsias con aguja para el cáncer de seno resultan sin diagnóstico. Para nódulos pulmonares, el nivel de biopsias sin diagnóstico puede ser tan alto como 50% para nódulos menores de 1cm. Estos casos sin diagnóstico resultan a menudo después de horas de tomar imágenes para guiar el posicionamiento de la aguja.

La biopsia con aguja y la extracción quirúrgica de tumor, guiadas por imagen, pueden beneficiarse de tecnologías de imagen capaces de producir imágenes de alta resolución que muestran información molecular y estructural del tejido adyacente, con el uso de agentes de contraste o tintes para imágenes. “La patología [convencional] toma muestras muy pobres de tejido y no puede ver todo el tejido [en su estado nativo] de manera microscópica”, dice Stephen Boppart, profesor de ingeniería eléctrica y computacional, bioingeniería, y medicina y jefe del Laboratorio de Imágenes Biofotónicas en el Instituto Beckman de la Universidad de Illinois, Urbana-Champaign. “Nuestro argumento es que se están omitiendo cosas”.

El equipo de Boppart ha desarrollado agujas especiales que contienen todos los componentes de imágenes dentro de la punta de la aguja, para aumentar el alcance de la OCT dentro del cuerpo. Estas pueden ser adaptadas también para usarse en un catéter flexible cuando la localización de la biopsia es en vasos sanguíneos o en el aparato gastrointestinal. “Necesitamos contratar artesanos que ensamblen estos componentes microscópicos, pero todo esto es factible”, comenta él.

Boppart y su equipo han desarrollado un sistema quirúrgico de OCT que permite a los cirujanos examinar la zona del tumor, los márgenes tumorales, y los ganglios linfáticos durante la cirugía y tener un cuadro completo de la situación del paciente. Cuando los cirujanos extraen el tumor, retiran todo lo que se puede del tumor al igual que tejido adicional para ver qué tanto se ha extendido el cáncer. Actualmente, ninguna herramienta en la práctica clínica puede dar al cirujano información cuantitativa de cuánto tejido remover. “[Un sistema de OCT] no suplantará la patología como el patrón de oro, pero ofrecerá información por adelantado para ayudar a tomar decisiones acerca las zonas para extracción adicional de tejido”, afirma él.

 

Colocación Mejorada de Cánula (Stent)

La OCT ofrece a los cardiólogos una herramienta ágil para examinar la extensa red de vasos sanguíneos en el cuerpo. En dos áreas, por ejemplo, la OCT va por delante del ultrasonido intravascular (IVUS), una tecnología comúnmente usada para imágenes de vasos sanguíneos. La OCT puede tomar imágenes suficientemente buenas de la pared interna de un vaso sanguíneo para detectar etapas tempranas de desarrollo de placa, y los catéteres de OCT son como cinco veces más pequeños que las sondas de IVUS.

Cuando se trata de colocar cánulas (tubos de malla que se expanden para mantener el vaso sanguíneo abierto), lo cardiólogos quisieran ver cómo se ve la cánula y cómo ha afectado esta al tejido adyacente. Con la OCT, los clínicos pueden ver ahora si la cánula está sobre expandida y si el vaso sanguíneo se ha lastimado durante la colocación.

 

Evaluando el Esófago

El esófago de Barrett, una condición precancerosa, surge cuando las células que cubren la parte inferior del esófago se vuelven anormales como resultado de estar expuestas continuamente al ácido estomacal. Para monitorizar esta condición, los pacientes se someten a biopsias regulares. El estándar de cuidado para el esófago de Barrett son biopsias de cuadrante aleatorio un método que puede omitir áreas que pudieran estar sufriendo cambios potencialmente dañinos. En el futuro, la OCT podría ofrecer un método menos invasivo para monitorizar la condición de estos pacientes. Los clínicos utilizarían la OCT para examinar el esófago y detectar lesiones sospechosas y así, basados en esos estudios, realizar biopsias de áreas dudosas.

 

Visualizando la Estructura y Función del Tejido

La ingeniería de tejidos para la piel, ojos (en forma de corneas), y otros órganos está en su infancia. A menudo el tejido falla porque es una discrepancia mecánica en la zona de la herida. Los sistemas de imágenes actuales no pueden penetrar lo suficientemente profundo dentro de las capas celulares para dar claves acerca de las propiedades estructurales u funcionales del tejido. Boppart y sus colegas pueden visualizar las propiedades estructurales y funcionales de la ingeniería de tejidos en tres dimensiones, de manera no invasiva y no destructiva, al aplicar técnicas de coherencia óptica a la microscopía. Esto les permite observar cambios en el tejido al paso del tiempo y ayudará a mejorar el diseño de la ingeniería de tejidos.

 

Promesa para la Clínica de Diagnóstico

Pocas tecnologías son capaces de entregar la información estructural y molecular que ofrece la OCT, especialmente durante una operación o cuando un vaso sanguíneo es reabierto. Cuando se introdujo por primera vez la OCT en 1991, “llenó un hueco”, dice Boppart y “mejoró la capacidad de diagnóstico del oftalmólogo regular”. Hoy, la OCT tiene el potencial de mejorar la capacidad de diagnóstico de todo cardiólogo, gastroenterólogo, y otros médicos.

Para procedimientos de paciente externo, tales como la extracción de cáncer de piel o visitas dentales, la OCT representa un salto cuántico hacia delante en la clínica de diagnóstico. La habilidad de la OCT para localizar áreas sospechosas y dar información cuantitativa acerca del tejido podría alterar dramáticamente cómo y cuándo deciden los clínicos un tratamiento. “La OCT cambia el proceso de diagnóstico”, dice Boppart. “Esto nos permitirá cambiar el estándar de cuidado”.

Este trabajo está apoyado en parte por el Instituto Nacional de Bioingeniería e Imágenes Biomédicas.

 

Referencia

Zysk AM, Nguyen FT, Oldenberg AL, Marks DL, Boppart SA. Optical coherence tomography: a review of clinical development for bench to bedside. Journal of Biomedical Optics 2007 12(5):051403.