(Noticias de Nanowerk) Las imágenes por ultrasonido son una ventana segura y no invasiva de cómo funciona el cuerpo, proporcionando a los médicos imágenes en vivo de los órganos internos de un paciente. Para capturar estas imágenes, técnicos capacitados manipulan varillas y sondas de ultrasonido para dirigir ondas de sonido al cuerpo. Estas ondas se reflejan hacia afuera para crear imágenes de alta resolución del corazón, los pulmones y otros órganos profundos de un paciente.
Actualmente, las imágenes por ultrasonido requieren equipos voluminosos y especializados que solo están disponibles en hospitales y consultorios médicos. Pero un nuevo diseño de los ingenieros del MIT podría hacer que la tecnología sea tan portátil y accesible como comprar parches en la farmacia.
En un periódico que aparece en Ciencias («Ultrasonido bioadhesivo para imágenes continuas a largo plazo de varios órganos»), los ingenieros presentan el diseño de una nueva etiqueta de ultrasonido: un dispositivo del tamaño de una estampilla postal que se adhiere a la piel y puede proporcionar imágenes de ultrasonido continuas de los órganos internos durante 48 horas.
Los investigadores adhirieron las pegatinas a los voluntarios y demostraron que los dispositivos producían imágenes en vivo de alta resolución de grandes vasos sanguíneos y órganos más profundos como el corazón, los pulmones y el estómago. Las pegatinas mantuvieron una fuerte adherencia y registraron cambios en los órganos subyacentes a medida que los voluntarios realizaban diversas actividades, como sentarse, pararse, trotar y andar en bicicleta.
El diseño actual requiere que las pegatinas estén vinculadas a instrumentos que traducen las ondas de sonido reflejadas en imágenes. Los investigadores señalan que incluso en su forma actual, las pegatinas podrían tener aplicaciones inmediatas: por ejemplo, los dispositivos podrían adherirse a pacientes en el hospital, al igual que las pegatinas de electrocardiogramas para el control del corazón, y obtener imágenes de órganos internos continuamente sin técnicos alrededor de una sonda para largos períodos de tiempo para mantenerse en su lugar.
Si los dispositivos se pueden operar de forma inalámbrica, un objetivo en el que el equipo está trabajando actualmente, las pegatinas de ultrasonido podrían convertirse en productos de imágenes portátiles que los pacientes podrían llevar a casa desde el consultorio de un médico o incluso comprar en una farmacia.
«Prevemos que se coloquen algunos parches en diferentes partes del cuerpo, y los parches se comunicarían con su teléfono celular, donde los algoritmos de IA analizarían las imágenes cuando fuera necesario», dice el autor principal del estudio, Xuanhe Zhao, profesor de Ingeniería Civil y Mecánica Ambiental. Ingeniería en el MIT. «Creemos que abrimos una nueva era de imágenes portátiles: con algunos parches en su cuerpo, podría ver sus órganos internos».
El estudio también incluye a los autores principales Chonghe Wang y Xiaoyu Chen, y a los coautores Liu Wang, Mitsutoshi Makihata y Tao Zhao del MIT, y Hsiao-Chuan Liu de la Clínica Mayo en Rochester, Minnesota.
Un tema pegajoso
Para obtener imágenes por ultrasonido, un técnico primero aplica un gel líquido a la piel del paciente que actúa para transmitir ondas de ultrasonido. Luego se presiona una sonda o transductor contra el gel y envía ondas de sonido al cuerpo, que rebotan en las estructuras internas y regresan a la sonda, donde las señales de eco se traducen en imágenes visuales.
Para los pacientes que necesitan imágenes prolongadas, algunos hospitales ofrecen sondas conectadas a brazos robóticos que pueden sostener un transductor en su lugar sin fatigarse, pero el gel de ultrasonido líquido fluye y se seca con el tiempo, lo que interrumpe las imágenes a largo plazo.
En los últimos años, los investigadores han estado explorando diseños para sondas de ultrasonido estirables que permitirían imágenes portátiles y planas de órganos internos. Estos diseños dieron como resultado una matriz flexible de diminutos transductores de ultrasonido, con la idea de que dicho dispositivo se estiraría y se ajustaría al cuerpo del paciente.
Sin embargo, estos diseños experimentales han producido imágenes de baja resolución, en parte debido a su estiramiento: cuando se mueven con el cuerpo, los transductores cambian de posición entre sí, distorsionando la imagen resultante.
“El dispositivo portátil de imágenes por ultrasonido tendría un tremendo potencial para el futuro del diagnóstico clínico. Sin embargo, la resolución y el tiempo de obtención de imágenes de los parches de ultrasonido existentes son relativamente bajos y no pueden obtener imágenes de órganos profundos”, dice Chonghe Wang, estudiante de posgrado del MIT.
Una mirada al interior
La nueva etiqueta de ultrasonido del equipo del MIT produce imágenes de mayor resolución durante un período de tiempo más largo al combinar una capa adhesiva estirable con una matriz rígida de transductores. «Esta combinación permite que el dispositivo se adapte a la piel mientras mantiene la posición relativa de los transductores para producir imágenes más claras y precisas», dice Wang.
La capa adhesiva del dispositivo consta de dos capas delgadas de elastómero que encapsulan una capa intermedia de hidrogel sólido, un material principalmente a base de agua que transmite fácilmente las ondas sonoras. A diferencia de los geles de ultrasonido tradicionales, el hidrogel del equipo del MIT es elástico y estirable.
«El elastómero evita que el hidrogel se seque», dice Chen, un postdoctorado en el MIT. «Solo cuando el hidrogel está altamente hidratado, las ondas acústicas pueden penetrar de manera efectiva y proporcionar imágenes de alta resolución de los órganos internos».
La capa inferior de elastómero está diseñada para adherirse a la piel, mientras que la capa superior se adhiere a una matriz rígida de transductores que el equipo también diseñó y fabricó. La etiqueta ultrasónica completa mide aproximadamente 2 centímetros cuadrados de diámetro y 3 milímetros de grosor, aproximadamente el área de un sello postal.
Los investigadores pasaron la etiqueta de ultrasonido a través de una serie de pruebas en voluntarios sanos que usaron las etiquetas en diferentes partes de sus cuerpos, incluidos el cuello, el pecho, el abdomen y los brazos. Las pegatinas se adhirieron a la piel y produjeron imágenes claras de las estructuras subyacentes durante un máximo de 48 horas. Durante este tiempo, los voluntarios realizaron una variedad de actividades en el laboratorio, desde sentarse y pararse hasta trotar, andar en bicicleta y levantar pesas.
Utilizando las imágenes de las pegatinas, el equipo pudo observar el cambio de diámetro de los grandes vasos sanguíneos al sentarse frente al estar de pie. Las pegatinas también capturaron detalles de órganos más profundos, como la forma en que el corazón cambia de forma a medida que se esfuerza durante el ejercicio. Los investigadores también pudieron observar cómo el estómago se expandía y luego se contraía cuando los voluntarios bebían y luego eliminaban jugo de sus sistemas. Y mientras algunos voluntarios levantaban pesas, el equipo pudo ver patrones brillantes en los músculos subyacentes que indicaban microdaños temporales.
«Con imágenes, podemos capturar el momento en un entrenamiento antes del uso excesivo y detenernos antes de que duelan los músculos», dice Chen. «Todavía no sabemos cuándo podría ser ese momento, pero ahora podemos proporcionar imágenes que los expertos pueden interpretar».
El equipo está trabajando para que las pegatinas funcionen de forma inalámbrica. También están desarrollando algoritmos de software basados en inteligencia artificial que pueden interpretar y diagnosticar mejor las imágenes de las pegatinas. Luego, Zhao imagina que los adhesivos de ultrasonido podrían ser empaquetados y comprados por pacientes y consumidores y utilizados para monitorear no solo varios órganos internos sino también la progresión de tumores y el desarrollo de fetos en el útero.
«Imaginamos que podríamos tener una caja de calcomanías, cada una diseñada para representar una parte diferente del cuerpo», dice Zhao. «Creemos que esto representa un gran avance en dispositivos portátiles e imágenes médicas».
