Los ultrasonidos son una parte fundamental de la atención médica moderna, ya que ayudan a obtener imágenes de órganos y tejidos blandos, medir el flujo sanguíneo y monitorear el desarrollo fetal. Pero la técnica tiene limitaciones, incluido un campo de visión limitado y la posibilidad de error del operador. Para abordar las deficiencias actuales e impulsar la tecnología hacia nuevas aplicaciones, Lihong Wang, Profesor Bren de Ingeniería Médica e Ingeniería Eléctrica, y un equipo de investigadores de Caltech han desarrollado un sistema que puede realizar imágenes de tomografía por ultrasonido (UST) en secciones transversales completas del cuerpo.
«Al igual que una radiografía de cuerpo entero, una resonancia magnética o una tomografía por emisión de positrones estándar, nuestro sistema es independiente del operador. Ofrece un gran campo de visión porque se ve toda la sección transversal y no comprime el tejido, lo que puede causar distorsión», dice Wang, quien también es presidente de liderazgo en ingeniería médica de Andrew y Peggy Cherng y director ejecutivo de ingeniería médica en Caltech. «Además, la ecografía es totalmente inofensiva para los pacientes, lo que supone una gran ventaja sobre las técnicas que utilizan radiación ionizante».
El novedoso sistema UST de sección transversal completa del equipo se explica en un artículo publicado el 24 de abril de 2026 en Ingeniería Biomédica de la Naturaleza.
Los ultrasonidos tradicionales funcionan mediante el uso de un dispositivo (llamado transductor ultrasónico) que emite pulsos de sonido de alta frecuencia en el cuerpo y mide cómo esas vibraciones sonoras resuenan en los tejidos y órganos para generar imágenes bidimensionales de esas estructuras.
Las ondas sonoras se mueven a través del agua más rápido que a través del aire, razón por la cual se aplica un hidrogel a la piel durante la ecografía convencional para eliminar los espacios de aire. Para escanear un órgano desde todos los lados, la UST requiere que toda la parte del cuerpo esté en contacto con el agua. Como forma de demostrar la viabilidad de su nuevo sistema más grande, Wang y el equipo se inspiraron en uno de los primeros sistemas de ultrasonido de la década de 1950, en el que los pacientes eran sumergidos en un tanque de agua.
«Para propagar el ultrasonido de manera eficiente, necesitamos tener agua entre el paciente y nuestros transductores de ultrasonido, por lo que hicimos que los participantes se sentaran en un tanque de inmersión con la cabeza fuera del agua», explica Wang, autor correspondiente del artículo. «Hay una estructura en forma de anillo hecha en laboratorio alrededor del tanque compuesta por 512 transductores que utilizamos para escanear hacia arriba y hacia abajo del cuerpo y obtener imágenes de diferentes secciones transversales».
Además de medir los ecos, el sistema de Wang puede medir la señal de transmisión, cuantificando la velocidad del sonido para distinguir entre diferentes tipos de tejido y registrar la atenuación o reducción de la energía de la señal a medida que es absorbida o desviada en el cuerpo, de cada onda sonora.
«Cuando el tejido varía, se puede utilizar como indicador de ciertas enfermedades como la inflamación crónica y el cáncer. Por ejemplo, si hay solidificación del tejido debido a un tumor, se vuelve más rígido y la ecogenicidad, la velocidad del sonido o la atenuación pueden cambiar cuando se encuentra con ese tejido», explica Wang. «Cuantos más parámetros físicos podamos cuantificar, mayores serán las posibilidades de que podamos correlacionar esas mediciones con parámetros fisiológicamente significativos para ayudarnos a diagnosticar diferentes enfermedades».
Wang y el equipo probaron su sistema en cinco voluntarios sanos, escaneando sus abdómenes durante 10 segundos a la vez. A diferencia del ultrasonido tradicional, el dispositivo UST pudo tomar imágenes de lo profundo del cuerpo y producir imágenes similares a las obtenidas por resonancia magnética y otras modalidades estándar de imágenes de cuerpo entero.
Las imágenes del abdomen de una mujer sana tomadas por el sistema de tomografía por ultrasonido del laboratorio Wang (izquierda) se comparan con imágenes clínicas de resonancia magnética de una región correspondiente (derecha).
Crédito: Laboratorio de imágenes ópticas de Caltech
«Nuestro trabajo muestra que la UST transversal completa es una herramienta potencial de bajo costo, segura, rápida y conveniente para detectar y monitorear condiciones de salud», dice Wang, señalando que si bien el equipo se centró en el abdomen para este estudio, creen que la técnica tendrá éxito en la obtención de imágenes de otras áreas del cuerpo, incluidas las extremidades, el cuello y, en última instancia, el cerebro.
Con el tiempo, le gustaría convertir el sistema de un tanque vertical de líquido a una cama horizontal que utilice una fina bolsa de agua combinada con un gel conductor debajo del cuerpo del paciente. En teoría, esto permitiría obtener imágenes en tiempo real durante los procedimientos quirúrgicos para ayudar a guiar a los médicos (e incluso a las tecnologías quirúrgicas robóticas) de una manera que ninguna otra modalidad podría realizar. También podría usarse para biopsias guiadas por imágenes, entre otras aplicaciones, especialmente si se combina con otra tecnología del laboratorio de Wang, llamada imágenes fotoacústicas, para ofrecer contrastes moleculares, afirma.
Por ahora, el siguiente paso es probar el sistema vertical en pacientes con liposarcoma, un cáncer poco común que se origina en las células grasas y es difícil de obtener imágenes con las tecnologías actuales debido a que los tumores tienen características difíciles de definir y a menudo se ubican profundamente dentro del tejido. Los investigadores están colaborando con el Centro Médico City of Hope, un hospital oncológico en el área de Los Ángeles, para evaluar la eficacia de la UST transversal completa en la identificación y el seguimiento de los liposarcomas.
«Se desea cuantificar el espesor de la capa de grasa para evaluar y rastrear tumores, y podemos proporcionar una cuantificación mucho más precisa utilizando esta tecnología», explica Wang, quien señala que el equipo tiene una solicitud de patente pendiente para su sistema UST. «Debido a que el sistema es seguro e indoloro, podemos monitorear el mismo sujeto con la frecuencia que necesitemos».
Además del liposarcoma, Wang afirma que la tecnología podría ayudar en la detección temprana de tumores en otros órganos, como el hígado o el páncreas. Además, puede ayudar potencialmente en la obtención de imágenes musculoesqueléticas al identificar desgarros de tejidos blandos o cambios degenerativos.
«Las imágenes frecuentes pueden detectar cambios sutiles en el cuerpo a lo largo del tiempo, lo que significa que esta capacidad longitudinal ofrece conocimientos patológicos más profundos que una sola instantánea, lo que permite a los médicos seguir la progresión o la respuesta al tratamiento con mayor precisión», dice.
El Ingeniero Biomédico de la Naturaleza El artículo se titula «Tomografía ultrasónica humana transversal completa». Autores adicionales del Departamento de Ingeniería Médica Andrew y Peggy Cherng de Caltech son los estudiantes graduados David C. Garrett y Jinhua Xu (MS ’23), el académico postdoctoral Donghyeon Oh y el ex académico postdoctoral Yousuf Aborahama, y los miembros del cuerpo docente de investigación Geng Ku y Konstantin Maslov. William Tseng, oncólogo quirúrgico de City of Hope también es coautor. El estudio contó con financiación de los Institutos Nacionales de Salud, la Iniciativa Chan Zuckerberg y la Fundación Nacional de Investigación de Corea. La colaboración de City of Hope está financiada por el Instituto Merkin de Investigación Traslacional de Caltech.
