Los cánceres gastrointestinales siguen siendo uno de los tipos de cáncer más comunes.

Aunque la endoscopia se ha convertido en una herramienta fundamental para la detección y el diagnóstico del cáncer en las últimas dos décadas, este procedimiento sigue sin detectar entre el 8 % y el 11 % de los tumores debido a sus limitaciones de visibilidad.

Ahora, unos investigadores han desarrollado un prototipo de sistema de imagen que podría mejorar significativamente la capacidad de los médicos para detectar tejido canceroso durante las endoscopias.

El nuevo enfoque, publicado en la revista Journal of Medical Imaging, combina diodos emisores de luz (LED) con tecnología de imagen hiperespectral para crear mapas detallados de las propiedades de los tejidos que son invisibles para las cámaras endoscópicas convencionales.

A diferencia de la endoscopia estándar, que captura imágenes utilizando amplios canales de color rojo, verde y azul, la imagen hiperespectral registra datos a través de numerosas bandas de longitud de onda estrechas, incluida la luz más allá del espectro visible.

Esto permite al sistema detectar cambios bioquímicos en el tejido canceroso que producen firmas espectrales distintivas.

Prueba del concepto de matriz LED

El equipo de investigación dirigido por el Dr. Baowei Fei, profesor y catedrático Cecil H. e Ida Green de Ciencias de la Biología de Sistemas en el Laboratorio de Bioimagen Cuantitativa de la Universidad de Texas en Dallas (UT Dallas), diseñó y probó un sistema prototipo construido en torno a una matriz de 18 LED, cada uno de los cuales emite luz en diferentes longitudes de onda que van desde los 405 nanómetros hasta los 910 nanómetros.

El sistema utiliza una cámara monocromática para capturar imágenes a medida que cada LED ilumina el tejido objetivo en secuencia, creando un conjunto de datos hiperespectrales completo.

Los investigadores evaluaron su sistema basado en LED mediante la obtención de imágenes de muestras de tejido normal y canceroso extraídas durante la cirugía.

Investigaron cómo las diferentes condiciones de imagen afectaban a la calidad de los datos hiperespectrales y compararon sus resultados con los de un sistema de cámara hiperespectral de referencia utilizado como estándar de referencia.

Resultados prometedores para aplicaciones médicas

El prototipo basado en LED capturó con éxito las firmas hiperespectrales de varios tipos de tejidos, produciendo datos comparables a los del sistema de referencia.

Los investigadores descubrieron que su enfoque podía alcanzar velocidades de imagen de más de 10 conjuntos de datos hiperespectrales por segundo, lo que se aproxima a las velocidades en tiempo real necesarias para los procedimientos endoscópicos prácticos.

«Nuestra investigación demuestra la viabilidad de emplear una matriz LED espectral como fuente de iluminación para la obtención de imágenes hiperespectrales de alta velocidad y alta calidad», comentó Naeeme Modir, doctoranda de la UT Dallas y primera autora.

«Nuestros hallazgos sugieren que los sistemas basados en LED podrían abrir nuevas posibilidades para las aplicaciones de imagen hiperespectral», señaló.

Ventajas sobre la tecnología actual

El enfoque basado en LED ofrece varias ventajas potenciales sobre los sistemas de endoscopia hiperespectral existentes.

Los endoscopios hiperespectrales tradicionales suelen requerir haces de fibra óptica para transmitir la luz a través del canal de trabajo del endoscopio, lo que limita el espacio disponible para otros instrumentos médicos.

El nuevo diseño coloca los LED directamente en la punta del endoscopio, dejando el canal de trabajo libre para instrumentos quirúrgicos u otros procedimientos.

El sistema también permite a los médicos ajustar la intensidad de cada LED individualmente en función de la distancia al tejido objetivo.

Este control en tiempo real ayuda a evitar problemas como la saturación del sensor por exceso de luz o imágenes ruidosas por iluminación insuficiente.

Además, dado que el tejido solo está expuesto a cada longitud de onda durante un breve instante, este enfoque puede reducir los posibles daños causados por la exposición prolongada a la luz en comparación con los sistemas que utilizan luz blanca de amplio espectro.

Innovación técnica y aplicaciones futuras

Los investigadores diseñaron su sistema utilizando el escaneo de longitudes de onda, en el que los LED iluminan el tejido secuencialmente con diferentes longitudes de onda.

Este método equilibra la necesidad de velocidad con el requisito de una alta resolución espectral.

Este enfoque contrasta con otros métodos de imagen hiperespectral que sacrifican la velocidad en favor de la resolución o la resolución en favor de la velocidad.

La tecnología micro-LED hace que el sistema sea práctico para uso médico.

Estos LED microscópicos, con un tamaño inferior a 400 micrómetros cuadrados, pueden montarse en una placa de circuito que rodea la cámara en la punta del endoscopio.

Este diseño compacto permite integrar docenas de LED sin aumentar significativamente el tamaño del endoscopio.

La posibilidad de personalizar las bandas espectrales que se utilizan para la obtención de imágenes representa otra ventaja.

Los médicos podrían seleccionar combinaciones específicas de longitudes de onda optimizadas para detectar tipos concretos de cáncer u otras anomalías tisulares, lo que mejoraría la precisión del diagnóstico y mantendría la velocidad de obtención de imágenes.

El camino a seguir

«Aunque el prototipo demuestra la viabilidad técnica de la endoscopia hiperespectral basada en LED, será necesario seguir desarrollando la tecnología antes de que pueda aplicarse en la práctica clínica», señala Modir.

«Hemos demostrado que este enfoque puede producir datos hiperespectrales de alta calidad a velocidades de imagen prácticas, lo que esperamos que sirva de base para futuras aplicaciones médicas».

El estudio representa un paso significativo hacia una detección endoscópica del cáncer más eficaz.

Al reducir potencialmente el número de tumores no detectados y permitir la evaluación de tejidos en tiempo real en áreas más amplias, la imagen hiperespectral basada en LED podría ayudar a los médicos a realizar diagnósticos más rápidos y precisos, al tiempo que se reduce la necesidad de extirpar tejido innecesario y realizar pruebas patológicas.

Fuente: SPIE--Sociedad Internacional de Óptica y Fotónica