Imagenología óptica con ultrasonido podría reemplazar la endoscopia

Un estudio nuevo sugiere que se podría usar el ultrasonido para obtener imágenes de los órganos internos ópticamente, eliminando potencialmente la necesidad de exámenes visuales invasivos usando cámaras endoscópicas.

Desarrollado por investigadores en la Universidad Carnegie Mellon (CMU; Pittsburgh, PA, EUA), la nueva técnica utiliza patrones de ondas ultrasónicas para cambiar la densidad local de los tejidos a fin de crear un patrón de índice de refracción graduado en la dirección de la propagación de la luz, que modula la fase frontal de la luz. Por lo tanto, hace que se enfoque dentro del medio, creando de manera efectiva un transmisor de lente de índice de gradiente virtual (GRIN). La lente GRIN virtual se puede mover simplemente reconfigurando los patrones de ondas de ultrasonido desde el exterior del cuerpo, lo que permite obtener imágenes de diferentes regiones objetivo, todo de una forma no invasiva.


La distancia focal y la apertura numérica de la lente GRIN óptica esculpida, también se pueden ajustar cambiando los parámetros de la onda ultrasónica. Los investigadores demuestran que la lente virtual GRIN puede resolver pequeñas características (22 µm), incluso a través de un medio turbio (que normalmente es opaco), escaneando continuamente a una profundidad de 5,4 mm en el medio modulado. Los investigadores afirman que la tecnología se podría implementar eventualmente en forma de un dispositivo portátil o un parche de superficie portátil que obtenga imágenes del cerebro o de debajo de la piel. El estudio fue publicado el 17 de julio de 2019 en la revista Light: Science and Applications.

“Ser capaz de transmitir imágenes de órganos como el cerebro sin la necesidad de insertar componentes ópticos físicos proporcionará una alternativa importante a la implantación de endoscopios invasivos en el cuerpo”, dijo el coautor principal, Maysam Chamanzar, PhD. “Utilizamos ondas de ultrasonido para esculpir una lente de retransmisión óptica virtual dentro de un medio objetivo dado que, por ejemplo, puede ser tejido biológico. Por lo tanto, el tejido se convierte en una lente que nos ayuda a capturar y transmitir las imágenes de las estructuras más profundas. Este método puede revolucionar el campo de las imágenes biomédicas”.

“Los medios turbios siempre se han considerado obstáculos para las imágenes ópticas, pero hemos demostrado que dichos medios se pueden convertir en aliados para ayudar a que la luz alcance el objetivo deseado”, dijo el coautor principal, el estudiante de doctorado, Matteo Giuseppe Scopelliti, MSc. “Cuando activamos el ultrasonido con el patrón apropiado, el medio turbio se vuelve transparente inmediatamente. Es emocionante pensar en el impacto potencial de este método en una amplia gama de campos, desde aplicaciones biomédicas hasta visión por computadora”.

Las lentes GRIN no requieren un espacio de aire para funcionar, ya que el funcionamiento de la lente se debe a índices variables en la lente misma, en lugar de la diferencia en los índices de refracción entre el aire y la lente. Además, en una lente GRIN, todas las rutas ópticas son las mismas debido al índice de refracción que varía radialmente, en contraste con una lente esférica o asférica.

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Universidad Carnegie Mellon