Los nuevos adhesivos ecográficos del tamaño de un sello producen imágenes nítidas del corazón, los pulmones y otros órganos internos.

La ecografía es una ventana segura y no invasiva al funcionamiento del cuerpo que ofrece al médico imágenes en directo de los órganos internos del paciente. Para captar estas imágenes, técnicos cualificados manipulan varitas y sondas de ultrasonidos para dirigir ondas sonoras al interior del cuerpo. Estas ondas se reflejan y producen imágenes de alta resolución del corazón, los pulmones y otros órganos profundos del paciente.

En la actualidad, las imágenes por ultrasonidos requieren equipos voluminosos y especializados que sólo están disponibles en hospitales y consultas médicas. Pero un nuevo diseño de los ingenieros del MIT podría hacer que esta tecnología fuera tan cómoda y accesible como comprar tiritas en la farmacia.

En un artículo que se publica hoy en Science, los ingenieros presentan el diseño de un nuevo adhesivo de ultrasonidos, un dispositivo del tamaño de un sello que se pega a la piel y puede proporcionar imágenes ecográficas continuas de los órganos internos durante 48 horas.

Los investigadores aplicaron las pegatinas a voluntarios y demostraron que los dispositivos producían en directo imágenes de alta resolución de los principales vasos sanguíneos y órganos más profundos, como el corazón, los pulmones y el estómago. Las pegatinas mantenían una fuerte adherencia y captaban los cambios en los órganos subyacentes mientras los voluntarios realizaban diversas actividades, como sentarse, levantarse, correr y montar en bicicleta.

El diseño actual requiere conectar las pegatinas a instrumentos que traduzcan las ondas sonoras reflejadas en imágenes. Los investigadores señalan que, incluso en su forma actual, las pegatinas podrían tener aplicaciones inmediatas: Por ejemplo, podrían aplicarse a pacientes hospitalizados, de forma similar a las pegatinas de electrocardiograma para monitorización cardiaca, y podrían obtener imágenes continuas de órganos internos sin necesidad de que un técnico mantuviera una sonda en su sitio durante largos periodos de tiempo.

Si se consigue que los dispositivos funcionen de forma inalámbrica -objetivo en el que el equipo está trabajando actualmente-, las pegatinas de ultrasonidos podrían convertirse en productos de imagen portátiles que los pacientes podrían llevarse a casa desde la consulta del médico o incluso comprar en una farmacia.

«Imaginamos unos cuantos parches adheridos a diferentes partes del cuerpo, que se comunicarían con el teléfono móvil, donde algoritmos de inteligencia artificial analizarían las imágenes a demanda», explica Xuanhe Zhao, autor principal del estudio y profesor de ingeniería mecánica e ingeniería civil y medioambiental del MIT. «Creemos que hemos abierto una nueva era de imágenes vestibles: Con unos pocos parches en el cuerpo, podrías ver tus órganos internos».

Para obtener imágenes por ultrasonidos, un técnico aplica primero un gel líquido a la piel del paciente, que actúa como transmisor de las ondas ultrasónicas. A continuación, se presiona una sonda, o transductor, contra el gel, que envía ondas sonoras al interior del cuerpo que resuenan en las estructuras internas y vuelven a la sonda, donde las señales de eco se traducen en imágenes visuales.

Algunos hospitales ofrecen sondas fijadas a brazos robóticos que pueden mantener el transductor en su sitio sin cansarse, pero el gel líquido de los ultrasonidos fluye y se seca con el tiempo, lo que interrumpe la obtención de imágenes a largo plazo.

En los últimos años, los investigadores han estudiado diseños de sondas de ultrasonidos extensibles que permitan obtener imágenes portátiles y de bajo perfil de los órganos internos. Estos diseños consistían en una matriz flexible de diminutos transductores de ultrasonidos, con la idea de que el dispositivo se estirara y se adaptara al cuerpo del paciente.

Pero estos diseños experimentales han producido imágenes de baja resolución, en parte debido a su estiramiento: Al moverse con el cuerpo, los transductores cambian de ubicación entre sí, distorsionando la imagen resultante.

«Una herramienta portátil de obtención de imágenes por ultrasonidos tendría un enorme potencial en el futuro del diagnóstico clínico. Sin embargo, la resolución y la duración de la imagen de los parches de ultrasonidos actuales son relativamente bajas y no pueden obtener imágenes de órganos profundos», explica Chonghe Wang, estudiante de posgrado del MIT.

Una mirada al interior

El nuevo adhesivo de ultrasonidos del equipo del MIT produce imágenes de mayor resolución durante más tiempo al combinar una capa adhesiva elástica con un conjunto rígido de transductores. «Esta combinación permite que el dispositivo se adapte a la piel a la vez que mantiene la ubicación relativa de los transductores para generar imágenes más claras y precisas». afirma Wang.

La capa adhesiva del dispositivo está formada por dos finas capas de elastómero que encapsulan una capa intermedia de hidrogel sólido, un material mayoritariamente acuoso que transmite fácilmente las ondas sonoras. A diferencia de los geles de ultrasonidos tradicionales, el hidrogel del equipo del MIT es elástico y extensible.

«El elastómero evita la deshidratación del hidrogel», explica Chen, investigador postdoctoral del MIT. «Sólo cuando el hidrogel está muy hidratado pueden penetrar eficazmente las ondas acústicas y ofrecer imágenes de alta resolución de los órganos internos».

La capa inferior de elastómero está diseñada para pegarse a la piel, mientras que la superior se adhiere a un conjunto rígido de transductores que el equipo también diseñó y fabricó. Todo el adhesivo mide unos 2 centímetros cuadrados y 3 milímetros de grosor, más o menos como un sello de correos.

Los investigadores sometieron el adhesivo a una serie de pruebas con voluntarios sanos, que se lo colocaron en distintas partes del cuerpo, como el cuello, el pecho, el abdomen y los brazos. Las pegatinas permanecieron adheridas a la piel y produjeron imágenes nítidas de las estructuras subyacentes durante 48 horas. Durante ese tiempo, los voluntarios realizaron diversas actividades en el laboratorio, desde estar sentados y de pie hasta correr, montar en bicicleta y levantar pesas.

A partir de las imágenes de las pegatinas, el equipo pudo observar el cambio de diámetro de los principales vasos sanguíneos cuando se está sentado frente a cuando se está de pie. Las pegatinas también captaron detalles de órganos más profundos, como el cambio de forma del corazón durante el ejercicio. Los investigadores también pudieron observar cómo el estómago se distendía y luego se contraía cuando los voluntarios bebían y luego expulsaban zumo de su organismo. Y mientras algunos voluntarios levantaban pesas, el equipo pudo detectar patrones brillantes en los músculos subyacentes, señal de microdaños temporales.

«Gracias a las imágenes, podríamos captar el momento de un entrenamiento previo al uso excesivo y detenerlo antes de que los músculos se resientan», afirma Chen. «Aún no sabemos cuándo puede ser ese momento, pero ahora podemos proporcionar datos de 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 para interpretar y diagnosticar mejor las imágenes de las pegatinas. Zhao prevé que los pacientes y los consumidores puedan comprar las pegatinas de ultrasonidos y utilizarlas no sólo para controlar diversos órganos internos, sino también la evolución de los tumores y el desarrollo de los fetos en el útero.

«Imaginamos que podríamos tener una caja de pegatinas, cada una diseñada para obtener imágenes de un lugar distinto del cuerpo», explica Zhao. «Creemos que esto representa un gran avance en los dispositivos para llevar puestos y en la obtención de imágenes médicas».

Esta investigación ha sido financiada, en parte, por el MIT, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa, la Fundación Nacional de la Ciencia, los Institutos Nacionales de la Salud y la Oficina de Investigación del Ejército de EE.UU. a través del Instituto de Nanotecnologías para el Soldado del MIT.

news.mit.edu/2022/ultrasound-stickers-0728