“Equipo de imágenes médicas”

¿Qué te viene a la mente cuando lees la frase anterior? Probablemente, primero piensas en el equipo de rayos X que utilizas durante un chequeo médico y en la robusta máquina de resonancia magnética (MRI). También podrías recordar el dispositivo de ultrasonido, que es algo más pequeño.

El CT, MRI y el ultrasonido son dispositivos de imágenes comunes que todos hemos encontrado en nuestra vida cotidiana. Sin embargo, existen otros dispositivos de imágenes de próxima generación que, aunque no se usan comúnmente todavía, pronto estarán disponibles comercialmente. En esta publicación, exploraremos uno de estos dispositivos, la tomografía de coherencia óptica (Optical Coherence Tomography, OCT).

1. ¿Qué es la OCT?

“¿Qué es la OCT?”

Esta es una pregunta común de aquellos que han escuchado por primera vez sobre la OCT. Si en lugar de decir “OCT” dijéramos “Tomografía de Coherencia Óptica”, ¿sería más fácil de entender? No necesariamente. Wikipedia ofrece la siguiente definición:

“La tomografía de coherencia óptica (Optical coherence tomography, OCT) es una técnica de imágenes médicas que captura imágenes en 3D de resolución micrométrica dentro de medios que dispersan la luz (como tejido biológico) usando luz.” – Wikipedia

Es decir, la OCT es una técnica de imágenes médicas que utiliza luz para obtener imágenes de alta resolución de las capas de tejido. Al usar luz cercana al infrarrojo para penetrar la piel o tejido y analizar la luz reflejada, la OCT proporciona información detallada sobre el tejido. Esta característica ha hecho que la OCT se utilice principalmente en oftalmología para examinar la retina. Además, debido a las muchas ventajas de la OCT que se discutirán más adelante, hay un esfuerzo creciente para aplicarla en dermatología y gastroenterología.

¿Qué tiene de especial la OCT que la convierte en una tecnología de imágenes de próxima generación? Antes de explorar sus beneficios, revisemos brevemente cómo la OCT obtiene las imágenes. Si no te interesa esta parte, puedes pasar directamente a la sección 3.

2. ¿Cómo funciona la OCT?

Para explicar el principio de la OCT, volvamos por un momento a 2016. El 11 de febrero de 2016, el Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser (LIGO) en Luisiana, Estados Unidos, informó haber detectado experimentalmente ondas gravitacionales por primera vez.[1] Observó los “rizos en el espacio-tiempo” causados por la colisión de dos agujeros negros a 1300 millones de años luz de distancia.

<Fig. 1. Imagen de LIGO. Los dos brazos largos son los caminos por los que viaja el láser emitido por LIGO. A través de los espejos colocados en los brazos, el láser viaja aproximadamente 1600 km.>

Escuchar que se puedan observar las “ondas en el espacio-tiempo” puede parecer inverosímil. Pero imagine que el espacio es el océano y las “ondas” son olas. Dependiendo de la dirección de las olas, la superficie del agua sube y baja repetidamente. De manera similar, cuando una onda gravitacional atraviesa la Tierra, el espacio se expande y se contrae. Imagina dos haces de luz que viajan en esta situación.

En tal circunstancia, la luz que viaja en una dirección similar a la de la onda gravitacional pasará a través de un espacio distorsionado, lo que hace que viaje una distancia más larga que la otra luz. Esto hará que el tiempo de viaje de una luz sea más largo que la otra. LIGO midió y analizó estas diferencias de tiempo de viaje para observar las ondas gravitacionales.

¿Por qué mencionar las ondas gravitacionales? Porque el principio de observación de LIGO es muy similar al principio básico de la OCT. Mientras LIGO analiza la diferencia de tiempo de viaje causada por la diferencia de distancia recorrida por dos haces de luz, la OCT analiza la diferencia de tiempo de viaje causada por la diferencia de velocidad de dos haces de luz.

En la OCT, un haz de luz se dirige a un espejo en un vacío, mientras que el otro se dirige al tejido biológico. La luz cercana al infrarrojo que usa la OCT penetra en el tejido hasta 1-12 mm, dependiendo de la frecuencia, y luego regresa. Durante este proceso, la luz cercana al infrarrojo se refracta al encontrar agua u otras sustancias en el tejido, cambiando su velocidad. Al comparar y analizar las diferencias entre los haces reflejados, la OCT obtiene información sobre el tejido. Este es el principio básico de la OCT de dominio temporal (Time-Domain OCT, TD-OCT).

Aunque la TD-OCT es útil, tiene limitaciones, ya que toma mucho tiempo obtener las imágenes y estas no son muy claras. Sin embargo, con el desarrollo de la tomografía de coherencia óptica de dominio espectral (Spectral-Domain OCT, SD-OCT) en 2006, la tecnología OCT pudo proporcionar imágenes de alta resolución mucho más rápido, abriendo más posibilidades de aplicación.

3. ¿Qué distingue a la OCT?

Entonces, ¿cuáles son las diferencias, o más bien los beneficios, de esta tecnología OCT en comparación con otras tecnologías de imágenes?

3.1. Imágenes en tiempo real

El primer beneficio de la OCT es la posibilidad de obtener imágenes en tiempo real gracias a su alta velocidad de adquisición de imágenes. Esto permite visualizar estructuras en tiempo real durante cirugías, guiar procedimientos de imágenes y evaluar el estado del tejido sin necesidad de biopsias durante endoscopías, entre otros beneficios potenciales.

3.2. No invasiva (Non-invasiveness)

Obtener imágenes en tiempo real no es una ventaja única de la OCT, ya que se pueden obtener imágenes de alta calidad en tiempo real con rayos X o ultrasonido. La otra ventaja distintiva de la OCT es que no es invasiva.

La longitud de onda de la luz utilizada en la OCT está entre 900 nm y 1300 nm, más alta que la de la luz visible, y esta luz en el rango del infrarrojo no daña al cuerpo humano aunque esté expuesto a ella.[2] A diferencia de los rayos X, la OCT no representa un riesgo para los pacientes ni para los profesionales médicos que usan el equipo con frecuencia.

<Fig. 2. Médicos localizando un catéter durante una ablación cardíaca con imágenes en tiempo real de rayos X. La capacidad de obtener imágenes en tiempo real no es exclusiva de la OCT.>[3]

3.3. Alta resolución

<Fig. 3. Corte transversal de una arteria coronaria capturado por ultrasonido intravascular (IVUS, izquierda) y por OCT (derecha).>[4]

Hasta ahora, puede que hayas pensado en otra tecnología de imágenes que comparte las ventajas de la OCT: el ultrasonido. Sin embargo, la OCT se diferencia del ultrasonido en un aspecto importante: su alta resolución. Debido a la alta frecuencia de la luz utilizada en la OCT comparada con el ultrasonido, la OCT tiene una resolución axial alta (3-16 µm), lo cual ayuda significativamente a detectar las anomalías en los tejidos.

3.4. Otros beneficios

Además, la OCT tiene la ventaja de ser portátil. Comparada con equipos grandes como los rayos X o MRI, la OCT es pequeña y puede ser utilizada en catéteres o endoscopios, lo que la hace muy versátil.

3.5. ¿Cuáles son las desventajas de la OCT?

La OCT también tiene desventajas. La más notable es la profundidad de exploración axial. La OCT puede penetrar hasta 12 mm en los tejidos, lo que significa que solo puede observar los tejidos superficiales. Este es un límite fundamental de las técnicas de imagen no invasivas que usan luz de baja frecuencia. Por lo tanto, al contrario de tecnologías de imágenes como los rayos X o MRI que pueden obtener información del interior del cuerpo, la OCT se especializa en obtener información de la superficie. A pesar de que su profundidad de penetración es limitada, es suficiente para identificar lesiones en la piel o en los tejidos superficiales.

4. Estado actual y aplicaciones de la OCT

Gracias a las ventajas mencionadas anteriormente, se están llevando a cabo investigaciones activas para aplicar la OCT en diversas áreas más allá de la oftalmología. Ya se utiliza ampliamente en algunas áreas específicas. Ahora vamos a ver algunas de las aplicaciones específicas de la OCT.

4.1. Oftalmología

La oftalmología ya utiliza ampliamente la OCT. Las ventajas de observar en tiempo real y con alta resolución las finas estructuras, como la retina, se explotan al máximo en esta área. La tomografía de coherencia óptica de la retina se usa generalmente para evaluar el glaucoma o el pronóstico después de la cirugía Lasik. Hay diversos equipos de OCT disponibles en el mercado para los oftalmólogos, por lo que se puede decir que la OCT ya es una herramienta común en la oftalmología.

<Fig. 4. Imágenes de degeneración macular usando OCT (en este caso, un microquiste macular). Parte negra de la imagen A: área lesionada. Flechas en la imagen B: microquiste.>[5]

4.2. Cardiología

La posibilidad de usar la OCT en cardiología es también diversa. La aplicación más representativa es la IOCT (Tomografía de Coherencia Óptica Intracoronaria), donde se equipa un catéter con un dispositivo OCT para obtener imágenes de alta resolución de los vasos sanguíneos internos. Los principales usos incluyen escanear arterias coronarias, visualizar stents implantados y detectar pequeños vasos sanguíneos. Recientemente, en lugar de usar la OCT sola, también se han desarrollado métodos que combinan la OCT con otras tecnologías de imágenes, como la imagen molecular de fluorescencia. Sin embargo, la OCT no se usa aún tan ampliamente en cardiología como en oftalmología.

4.3. Dermatología

La investigación sobre el uso de la OCT en dermatología también está avanzando rápidamente, en consonancia con la creciente necesidad de pruebas no invasivas. Recientemente, la OCT ha mostrado una precisión del 87.4% en el diagnóstico de cáncer de piel no melanoma (non-melanoma skin cancer, NMSC), sugiriendo que la OCT puede ser muy útil en este campo.[6] No obstante, la OCT no es tan eficaz para detectar melanoma, debido a las características de la luz cercana al infrarrojo, que es absorbida por el pigmento. Por tanto, la OCT no muestra tanta precisión o potencial en el diagnóstico de melanoma como en el de NMSC.

Además, debido a que la OCT utiliza luz, hay un gran interés en combinar la OCT con otras pruebas que usan infrarrojos, como la medición del flujo sanguíneo o la glucosa en sangre.

4.4. Gastroenterología

Otra aplicación de la OCT es en gastroenterología, particularmente en áreas relacionadas con enfermedades gastrointestinales malignas. Al igual que con la angiografía, la capacidad de la OCT de ser usada con un endoscopio permite no solo una inspección visual del interior del tejido sino también la exploración de sus capas internas. La OCT permite detectar pequeñas lesiones que no se pueden ver a simple vista y extirparlas antes de que evolucionen a enfermedades más graves, lo que demuestra el potencial de la OCT en gastroenterología.

<Fig. 5. Esófago corrosivo. A: Imagen visual del endoscopio. B: Muestra histológica. C: Imagen de OCT. Se observa la pérdida del epitelio (flechas).>[8]

5. Conclusión

Hasta ahora hemos revisado brevemente los principios, ventajas, desventajas y aplicaciones de la OCT. Con las iniciativas activas para integrar la OCT en el campo médico, es probable que haya muchos más usos de la OCT que no hemos discutido aquí. Aunque actualmente la OCT se encuentra más en los laboratorios que en los hospitales, podemos anticipar un futuro en el cual la OCT se utilice ampliamente en varios campos contribuyendo a la salud de las personas.

Referencias

[1] B. P. Abbott et al. (Colaboración Científica LIGO y Colaboración Virgo), “Observación de ondas gravitacionales provenientes de la fusión de un agujero negro binario,” Phys. Rev. Lett. 116, 061102 (2016).[a] https://en.wikipedia.org/wiki/Optical_coherence_tomography

[2] https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=5702

[3] https://www.ottawaheart.ca/the-beat/2013/04/28/cardiac-electrophysiology-repairing-rhythms-heart

[4] Koganti, Sudheer, et al. “The Choice of Intracoronary Imaging: When to Use Intravascular Ultrasound or Optical Coherence Tomography.” Interventional Cardiology Review, vol. 11, no. 1, 2016, p. 11.

[5] Zimmermann, H., Oberwahrenbrock, T., Brandt, A., Paul, F. y Dörr, J. (2014). Tomografía de coherencia óptica para la imagen retiniana en la esclerosis múltiple. Enfermedades Neurológicas y Neuromusculares Degenerativas, p.153.

[6] Olsen J, Themstrup L, Jemec GB. Tomografía de coherencia óptica en dermatología. G Ital Dermatol Venereol 2015 October;150(5):603-15.

[7] Gora, Michalina J., et al. “Endoscopic Optical Coherence Tomography: Technologies and Clinical Applications [Invited].” Biomedical Optics Express, vol. 8, no. 5, July 2017, p. 2405., doi:10.1364/boe.8.002405.

[8] Melissa Suter-Benjamin Vakoc-Patrick Yachimski-Milen Shishkov-Gregory Lauwers-Mari Mino-Kenudson-Brett Bouma-Norman Nishioka-Guillermo Tearney – Gastrointestinal Endoscopy – 2008