Método y sistema para caracterización y cartografía de lesiones tisulares.

Un aparato de formación de imágenes ópticas que comprende

(a) un lente de objetivo reflector (RO) que incorpora un primer espejo de reflexión (1 RM) y un segundo espejo de reflexión (2RM) en donde el segundo espejo de reflexión (2RM) se coloca en la parte central de la apertura óptica frontal del lente de objetivo reflector (RO);

y

(b) un medio de iluminación (LS) colocado en la parte trasera del segundo espejo de reflexión de forma tal que el rayo central del cono central de luz emitido desde los medios de iluminación (LS) es coaxial con el rayo central del haz de luz que entra en el lente de objetivo reflector (RO) seguidamente a la reflexión de la luz emitida por la superficie de un tejido (T) bajo examen.

Método y sistema para caracterización y cartografía de lesiones tisulares Campo de la Invención La presente invención se dirige a un aparato para la detección y cartografía in vivo no invasiva de alteraciones patológicas bioquímicas y/o funcionales de tejidos humanos.

Antecedentes de la Invención Los signos precursores del cáncer son los denominados estados precancerosos, que con frecuencia son curables si se detectan en una fase temprana. Si no se trata, el estado precanceroso se puede convertir en cáncer invasivo, que posteriormente puede metastatizar. En esta fase, las posibilidades de terapia exitosa se reducen enormemente. Por consiguiente, la detección temprana y la identificación objetiva de la gravedad del estado precanceroso son de crucial importancia.

Los métodos convencionales que utilizan instrumentos ópticos son muy limitados en su capacidad de detectar lesiones tisulares cancerosas y precancerosas. Esto se debe al hecho de que los cambios estructurales y metabólicos, que tienen lugar durante el desarrollo de la enfermedad, no alteran significativamente ni específicamente las características espectrales del tejido enfermo.

Para obtener un diagnóstico más preciso, se obtienen muestras de biopsia de áreas sospechosas, que se remiten para examen histológico. Sin embargo, las biopsias presentan varios problemas, tales como a) un riesgo de errores de muestreo asociado con las limitaciones visuales en la detección y localización de áreas sospechosas; b) una biopsia puede alterar la historia natural de la lesión intra-epitelial; c) la cartografía y la supervisión de la lesión requieren múltiples muestreos de tejido, lo cual está sometido a varios riesgos y limitaciones y d) el procedimiento de diagnóstico realizado con muestreo de biopsia y evaluación histológica es cualitativo, subjetivo, requiere mucho tiempo, costoso y requiere mucho trabajo.

En los últimos años, se han desarrollado algunos métodos y sistemas para superar las desventajas de los procedimientos de diagnóstico convencionales. Estos métodos se pueden clasificar en dos categorías: a) métodos que se basan en el análisis espectral de tejidos in vivo, en un intento de mejorar la información de diagnóstico y b) métodos que se basan en la excitación química de tejidos con la ayuda de agentes especiales, que pueden interaccionar con el tejido enfermo y alterar sus características ópticas selectivamente, potenciando de ese modo el contraste entre el tejido de lesión y sano.

En el primer caso, el uso experimental de técnicas espectroscópicas ha estado motivado por la capacidad de estas técnicas de detectar alteraciones en las características bioquímicas y/o estructurales de tejidos a medida que la enfermedad evoluciona. En particular, la espectroscopía de fluorescencia se ha usado ampliamente en diversos tejidos. Con la ayuda de una fuente de luz (habitualmente láser) de longitud de onda corta (intervalo azulultravioleta) , en primer lugar el tejido se excita. A continuación, se mide la intensidad de la luz fluorescente emitida por el tejido como una función de la longitud de onda de la luz.

Garfield y Glassman en la Patente Nº US 5.450.857 y Ramanajum et al. en la Patente Nº US 5.421.339 han presentado un método basado en el uso de espectroscopía de fluorescencia para el diagnóstico de lesiones cancerosas y precancerosas del cervix. La desventaja principal de la espectroscopía de fluorescencia es que las modificaciones bioquímicas existentes asociadas con la evolución de la enfermedad no se manifiestan de una manera directa como modificaciones en los espectros de fluorescencia medidos. Los espectros de fluorescencia contienen información de diagnóstico limitada por dos razones básicas: a) los tejidos contienen cromóforos no fluorescentes, tales como hemoglobina. La absorción por tales cromóforos de la luz emitida a partir de fluoróforos puede dar como resultado depresiones y picos artificiales en los espectros de fluorescencia. En otras palabras, los espectros tienen información enrevesada de varios componentes y, por lo tanto, es difícil evaluar alteraciones en características de tejidos de importancia diagnóstica y b) los espectros son amplios porque un gran número de componentes de tejidos se excitan ópticamente y contribuyen a la señal óptica medida. Como resultado, los espectros no tienen información específica de las alteraciones patológicas y, por tanto, son de valor diagnóstico limitado. En resumen, la técnica fluorescente mencionada anteriormente sufre de sensibilidad y especificidad bajas en la detección y clasificación de lesiones tisulares.

Con el objetivo de mejorar la sensibilidad y especificidad del método precedente, Ramanujan et al. en la Patente Nº WO 98/24369 han presentado un método basado en el uso de redes neurales para el análisis de los datos espectrales. Este método se basa en la capacitación de un sistema informático con un gran número de patrones espectrales, que se han tomado de tejidos normales y de tejidos enfermos. El espectro que se mide cada vez se compara con los datos espectrales almacenados, facilitando de esta manera la identificación de la patología tisular.

R.R. Kortun et al., en la Patente Nº US 5.697.373, tratando de mejorar la calidad de la información de diagnóstico medida, han presentado un método basado en la combinación de espectroscopía de fluorescencia y dispersión Raman. Este último tiene la capacidad de proporcionar más información analítica; sin embargo, la espectroscopía Raman requiere instrumentos complejos y condiciones experimentales ideales, que sustancialmente obstaculizan el uso clínico del mismo.

Generalmente se conoce que los tejidos se caracterizan por la carencia de homogeneidad espacial. Por consiguiente, el análisis espectral de puntos espaciales distribuidos no es suficiente para la caracterización de su estado.

Dombrowski en la Patente Nº US 5.424.543, describe un sistema de formación de imágenes de longitud de onda múltiple, capaz de capturar imágenes de tejidos en varias bandas espectrales. Con la ayuda de un sistema de este tipo es posible cartografiar en general características de importancia diagnóstica basándose en sus características espectrales particulares. Sin embargo, debido a la insignificancia de las diferencias espectrales entre tejido normal y enfermo, que en general es el caso, la inspección en bandas espectrales estrechas no permite que estas características se destaquen y aún más, la identificación y determinación de la fase del área patológica.

D.R. Sandison et al., en la Patente Nº US 5.920.399, describe un sistema de formación de imágenes, desarrollado para la investigación in vivo de células, que combina formación de imágenes de multibanda y excitación de luz del tejido. El sistema también emplea un haz de fibra óptica dual para transmitir luz desde la fuente al tejido y después desde el tejido hasta un detector óptico. Estos haces se ponen en contacto con el tejido y se combinan diversas longitudes de onda de excitación y formación de imágenes en un intento de potenciar la diferenciación espectral entre tejido normal y enfermo.

En la Patente Nº US 5.921.926, J. R. Delfyett et al. han presentado un método para el diagnóstico de enfermedades del cervix, que se basa en la combinación de Interferometría Espectral y Tomografía de Coherencia Óptica (OCT) . Este sistema combina formación de imágenes tridimensionales y análisis espectral del tejido.

Además, se han presentado varias versiones mejoradas de colposcopios, (D. R. Craine et al. Patente Nº US.

5.791.346 y K. L. Blaiz Patente Nº US 5.989.184) en la mayoría de las cuales, se han integrado sistemas de formación de imágenes electrónicos para captación de imágenes y análisis de imágenes de tejidos, que incluyen la evaluación cuantitativa del tamaño de la lesión. Para la potenciación de la diferenciación óptica entre tejido normal y enfermo, se usan agentes especiales en diversos campos de diagnósticos biomédicos, que se administran por vía tópica o sistémica. Tales agentes incluyen solución de ácido acético, azul de toluidina y diversos fotosensibilizantes (porfirinas) (S. Anderson Engels, C. Klinteberg, K. Svanberg, S. Svanberg, In vivo fluoresecence imaging for tissue diagnostics, Phys Med. Biol. 42 (1997) 815-24) . La tinción selectiva de los tejidos enfermos surge de la propiedad de estos agentes de interaccionar con las características metabólicas y estructurales alteradas del área patológica. Esta interacción potencia progresivamente y reversiblemente las diferencias en las características espectrales de reflexión y/o fluorescencia entre tejido normal y enfermo. A pesar del hecho de que la tinción selectiva... [Seguir leyendo]

1. Un aparato de formación de imágenes ópticas que comprende (a) un lente de objetivo reflector (RO) que incorpora un primer espejo de reflexión (1 RM) y un segundo espejo de reflexión (2RM) en donde el segundo espejo de reflexión (2RM) se coloca en la parte central de la apertura óptica frontal del lente de objetivo reflector (RO) ; y

(b) un medio de iluminación (LS) colocado en la parte trasera del segundo espejo de reflexión de forma tal que el rayo central del cono central de luz emitido desde los medios de iluminación (LS) es coaxial con el rayo central

del haz de luz que entra en el lente de objetivo reflector (RO) seguidamente a la reflexión de la luz emitida por la superficie de un tejido (T) bajo examen.

2. El aparato de formación de imágenes ópticas de la reivindicación 1 en donde el medio de iluminación comprende un diodo emisor de luz. 15

3. El aparato de formación de imágenes ópticas de la reivindicación 1 o 2 que además comprende ópticas (SO) para la manipulación de los haces de luz.

4. El aparato de formación de imágenes ópticas de la reivindicación 3 en donde las ópticas (SO) para la 20 manipulación del haz de luz permite la ampliación y enfoque del haz de luz.

5. Un microscopio o colposcopio que comprende el aparato de obtención de imágenes ópticas de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.

6. El microscopio de la reivindicación 5 el cual es un microscopio quirúrgico o un microscopio empleado en exámenes de diagnóstico clínico.