La endomicroscopía es una técnica para obtener imágenes similares a la histología del interior del cuerpo humano en tiempo real, [1] [2] [3] un proceso conocido como "biopsia óptica". [4] [5] Generalmente se refiere a la microscopía confocal de fluorescencia , aunque la microscopía multifotónica y la tomografía de coherencia óptica también se han adaptado para uso endoscópico. [6] [7] [8] [9] Los endomicroscopios clínicos y preclínicos disponibles comercialmente pueden lograr una resolución del orden de un micrómetro, tienen un campo de visión de varios cientos de μm y son compatibles con fluoróforos que son excitables usando luz láser de 488 nm. Las principales aplicaciones clínicas actualmente son la obtención de imágenes de los márgenes tumorales del cerebro y el tracto gastrointestinal , particularmente para el diagnóstico y caracterización del esófago de Barrett , los quistes pancreáticos y las lesiones colorrectales. Se han desarrollado varias aplicaciones preclínicas y transnacionales para la endomicroscopía, ya que permite a los investigadores obtener imágenes de animales vivos. Las principales aplicaciones preclínicas se encuentran en el tracto gastrointestinal , la detección de márgenes tumorales, las complicaciones uterinas, la isquemia, la obtención de imágenes en vivo de cartílagos y tendones y la obtención de imágenes de organoides.
La microscopía convencional de campo amplio no suele ser adecuada para obtener imágenes de tejidos gruesos porque las imágenes se ven distorsionadas por una señal de fondo borrosa y desenfocada. [10] Los endomicroscopios logran el seccionamiento óptico (eliminación de la intensidad de fondo) utilizando el principio confocal : cada cuadro de imagen se ensambla punto por punto al escanear rápidamente un punto láser sobre el tejido. En los microscopios confocales de sobremesa, el escaneo se realiza generalmente utilizando voluminosos espejos de escaneo resonantes o galvanómetros. Los endomicroscopios tienen un cabezal de escaneo miniaturizado en la punta distal de la sonda de obtención de imágenes o realizan el escaneo fuera del paciente y utilizan un haz de fibras de obtención de imágenes para transferir el patrón de escaneo al tejido. [3]
Los endomicroscopios confocales de fibra única utilizan la punta de una fibra óptica como filtro espacial, lo que permite la miniaturización del microscopio. El láser azul de 488 nm pasa desde la fuente a través de una fibra óptica hasta una sonda manual flexible. La óptica de la sonda enfoca el láser en un punto del tejido, lo que activa la fluorescencia. La luz emitida se captura en la fibra óptica y pasa a través de un filtro óptico hasta un detector. Se genera una imagen escaneando el punto enfocado a lo largo del plano de la imagen y compilando las mediciones de intensidad del punto. El plano de la imagen se puede trasladar hacia arriba y hacia abajo en la muestra, lo que permite la generación de pilas de imágenes en 3D. [11] Los endomicroscopios de fibra única tienen una resolución similar a la de un microscopio confocal convencional. [12]
Los haces de fibras se desarrollaron originalmente para su uso en endoscopios flexibles . [13] y desde entonces se han adaptado para su uso en endomicroscopía. [14] [15] [16] Consisten en una gran cantidad (hasta decenas de miles) de núcleos de fibra dentro de un único revestimiento compartido, son flexibles y tienen diámetros del orden de un milímetro. En un haz de fibras coherente, las posiciones relativas de los núcleos se mantienen a lo largo de la fibra, lo que significa que una imagen proyectada en un extremo del haz se transferirá al otro extremo sin confusión. Por lo tanto, si un extremo del haz se coloca en el foco de un microscopio confocal de sobremesa, el haz actuará como una extensión flexible y permitirá la operación endoscópica. Dado que solo los núcleos, y no el revestimiento, transmiten luz, se debe aplicar un procesamiento de imágenes para eliminar la apariencia de panal resultante de las imágenes. [17] Cada núcleo actúa esencialmente como un píxel de imagen, por lo que el espaciado entre los núcleos de fibra limita la resolución. La adición de microóptica en la punta distal del haz permite una ampliación y, por lo tanto, una mayor resolución de las imágenes, pero a costa de reducir el campo de visión.
Los endomicroscopios de barrido distal incorporan un aparato de barrido 2D en miniatura en la sonda de obtención de imágenes. La excitación láser y la emisión fluorescente de retorno se envían y reciben del cabezal de barrido mediante una fibra óptica. La mayoría de los dispositivos experimentales han utilizado espejos de barrido MEMS [18] o la traslación directa de la fibra mediante actuación electromagnética [19] .
Se han desarrollado endomicroscopios de campo amplio (es decir, microscopios de corte sin profundidad) para aplicaciones selectas, [20] incluida la obtención de imágenes de células ex vivo . [21] La tomografía de coherencia óptica y la microscopía multifotónica se han demostrado endoscópicamente. [22] [23] [24] Las implementaciones exitosas han utilizado escaneo distal en lugar de haces de fibras debido a problemas con la dispersión y la pérdida de luz.
Se han desarrollado cuatro productos de endomicroscopio: el endomicroscopio de fluorescencia in vivo - FIVE2 (OptiScan Imaging Ltd, Melbourne, Australia) desarrollado para investigación preclínica, el dispositivo neuroquirúrgico Convivo ( Carl Zeiss Meditech AG , Jena, Alemania), el endoscopio Pentax ISC-1000/EC3870CIK ( Pentax / Hoya , Tokio, Japón), ahora retirado de algunos mercados, y Cellvizio ( Mauna Kea Technologies , París, Francia). El dispositivo Pentax Medical se empaquetó en un endoscopio, que utilizó el escaneo controlado electromagnéticamente de OptiScan de una sola fibra para realizar el escaneo confocal en la punta distal del dispositivo. Esto proporciona una resolución submicrométrica en un amplio campo de visión y hasta un millón de píxeles por cuadro. El instrumento Pentax original tenía una velocidad de cuadro variable de hasta 1,6 fps y un ajuste dinámico de la distancia de trabajo por parte del usuario en un rango de profundidad desde la superficie hasta 250 μm. [19] La segunda generación del escáner OptiScan tiene una velocidad de cuadros ajustable entre 0,8 fps y 3,5 fps, un campo de visión de 475 μm y un rango de profundidad de superficie de hasta 400 μm. El dispositivo Cellvizio de Mauna Kea tiene una unidad de escaneo láser externa y ofrece una selección de sondas basadas en haces de fibras con resolución, campo de visión y distancia de trabajo optimizados para diferentes aplicaciones. Estas sondas son compatibles con los canales de instrumentos endoscópicos estándar y tienen una velocidad de cuadros de 12 Hz. [16]
La mayoría de los ensayos clínicos se han centrado en aplicaciones en el tracto gastrointestinal (GI), en particular la detección y caracterización de lesiones precancerosas. El FIVE2 de OptiScan ha sido certificado según la norma ISO 13485:2016 de conformidad con 21CFR820 y las regulaciones de dispositivos médicos de la UE para la instalación del escáner en dispositivos médicos, mientras que Cellvizio de Mauna Kea tiene la autorización 510(k) de la Administración de Alimentos y Medicamentos de los EE. UU. (FDA) y una marca CE europea para uso clínico en los tractos gastrointestinal y pulmonar. [3] Los estudios de investigación han sugerido una amplia gama de aplicaciones potenciales, que incluyen en el tracto urinario, [5] cabeza y cuello, [25] ovarios, [26] y pulmones. [27] Las tinciones fluorescentes de uso común incluyen acriflavina aplicada tópicamente y fluoresceína sódica administrada por vía intravenosa . [3] [28]