Revolucionando los dispositivos de imágenes médicas con imágenes ópticas

Confocal Images
Las herramientas de imágenes ópticas pueden mejorar el papel crucial de las imágenes biomédicas en la identificación precisa de enfermedades y el seguimiento de su progresión.

Los dispositivos de imágenes médicas convencionales, como rayos X, tomografía computarizada (CT), resonancia magnética (MRI), ultrasonido y tomografía por emisión de positrones (PET), se utilizan comúnmente en entornos clínicos (Figura 1). Sin embargo, estas modalidades de imágenes tienen una resolución limitada y solo pueden capturar imágenes en una escala milimétrica o mayor.

Para lograr un diagnóstico preciso, puede ser necesario un examen de mayor resolución de las estructuras celulares mediante una biopsia. La integración de imágenes ópticas con técnicas de imágenes convencionales podría ser un enfoque más eficaz para abordar esta necesidad.

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Las imágenes ópticas, que utilizan luz en el espectro visible al infrarrojo cercano (Figura 2), ofrecen varias ventajas sobre las imágenes convencionales de alta frecuencia. Las imágenes ópticas pueden alcanzar resoluciones de imagen tan pequeñas como unas pocas micras, lo que permite la visualización a nivel celular, y no utilizan radiación ionizante ni ondas sonoras de alta frecuencia.

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Se pueden seleccionar moléculas o células específicas dentro de un tejido para obtener imágenes o análisis. Estas modalidades de imágenes ópticas complementan las de imágenes convencionales, proporcionando una imagen más completa de los procesos y sistemas biológicos y, en última instancia, reduciendo la variación y el tiempo de obtención de resultados [1].

Aunque las imágenes ópticas ofrecen una resolución más alta que las imágenes convencionales, la profundidad de la imagen está limitada a unos pocos milímetros en el tejido debido a la absorción y dispersión de la luz a su paso a través de los sistemas biológicos. La transparencia del tejido depende de factores como la composición, la densidad, el espesor y el nivel de hidratación. Los tejidos están compuestos por células y vasos que presentan cambios en el índice de refracción de la luz, dando como resultado una dispersión de la luz o simplemente un cambio en la dirección de la luz.

La atenuación de la luz se produce en presencia de componentes tisulares que absorben la luz llamados cromóforos, como la hemoglobina y la melanina. Tanto la dispersión como la absorción dependen de la longitud de onda y afectan la profundidad con la que la luz puede penetrar en el tejido [2].

Se han desarrollado varias modalidades de imágenes ópticas para ayudar a los médicos e investigadores en el interrogatorio de los biosistemas [3]. La microscopía confocal, la microscopía no lineal y la tomografía de coherencia óptica (OCT) son algunos ejemplos. La microscopía confocal rechaza la luz desenfocada del detector a través de un orificio, lo que proporciona imágenes de mayor resolución que las imágenes tradicionales de microscopía de campo amplio de muestras gruesas

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 Diagrama del principio confocal (imagen de la izquierda), embrión de Drosophila, microscopía confocal del sistema nervioso central (imagen de la derecha)

La microscopía no lineal permite obtener imágenes moleculares específicas y sin etiquetas de procesos biológicos en células y tejidos. La naturaleza multifotónica de estos procesos de imágenes da como resultado una mayor resolución de las imágenes y una reducción del fotoblanqueo desenfocado

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Diagramas de energía para modalidades de imágenes ópticas de segundo y tercer orden (imagen de la izquierda), imágenes 2PE de fluorescencia múltiple. Imagen de fluorescencia múltiple 2PE de una sección de criostato de 16 μm de intestino de ratón teñida con una combinación de tinciones fluorescentes (F-24631, Molecular Probes) (imagen de la derecha)

La OCT deriva una señal de la interferencia de baja coherencia entre el haz de referencia y la luz retrorreflejada dispersada por el tejido, lo que permite la formación de imágenes en 2D y 3D

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Configuración óptica típica de OCT de un solo punto. El escaneo del haz de luz en la muestra permite obtener imágenes transversales no invasivas de hasta 3 mm de profundidad con resolución micrométrica (imagen de la izquierda), escaneo OCT de una retina a 800 nm con una resolución axial de 3 µm (imagen de la derecha)

Los métodos de obtención de imágenes ópticas se utilizan predominantemente en entornos ex vivo o in vivo si el tejido de interés es fácilmente accesible y superficial. Las modalidades de imágenes combinadas podrían proporcionar información mejorada a los médicos tanto a escala macro como micro (Figura 6), lo que conduciría a decisiones bien informadas más rápidamente.

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Para que las tecnologías ópticas sean más relevantes en el entorno clínico, se debe abordar la cuestión de la profundidad de las imágenes. Un desarrollo prometedor que aborda la profundidad de las imágenes es la entrega de imágenes ópticas a través de sondas de fibra óptica para una invasividad mínima.

Las imágenes biomédicas son una herramienta valiosa que se utiliza para crear representaciones visuales de procesos biológicos, proporcionando información importante para médicos e investigadores. Los avances en las tecnologías de imágenes ópticas ofrecen el potencial de mejorar los resultados de la atención médica y avanzar en el conocimiento científico: el futuro de las imágenes clínicas parece brillante.

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