escáner médico

Un radiotelescopio con miles de antenas se parece a un oído gigante que escucha todo el cielo a la vez. Pero el oído no sabe dibujar una imagen: las señales de cada par de antenas deben multiplicarse, y en una red de diez mil elementos ya hay cincuenta millones de pares. Un correlador clásico hace exactamente eso, y su complejidad crece como el cuadrado del número de antenas.

Un globo terráqueo está sobre la mesa y una regla descansa a su lado: uno es curvo, la otra es recta. Los telescopios de rayos X han vivido con esta discrepancia durante años. Sus espejos concentran la luz sobre una superficie curva, como el globo, mientras que los detectores que capturan esa luz eran planos, como la regla.

El haz de un microscopio electrónico normalmente viaja en el vacío, como un mensajero por una autopista vacía. Cualquier molécula de aire es para él un bache que lo hace saltar y perder la dirección. Por eso antes, para examinar una muestra, había que congelarla, secarla o recubrirla de metal, y aun así solo se podía observar en vacío.

Los rayos gamma son la luz más energética del universo. Pero una parte de ellos, de energía intermedia, permaneció invisible durante mucho tiempo: los instrumentos no podían captarlos, y en el cielo quedaba un vacío. Los científicos lo llaman el 'hueco del MeV', por la unidad de energía que transportan estos rayos.

Un resonador magnético es un gran imán que alinea los átomos de hidrógeno del cuerpo y luego capta su señal de respuesta. Estos equipos suelen ocupar una sala entera y costar como una buena casa. Ingenieros de varios laboratorios han decidido crear un resonador que quepa en una maleta y han publicado todos los planos en acceso abierto.

Durante tres días seguidos, un láser golpeó un chorro de gas y, cada segundo, se generaba un haz de electrones con una energía comparable a la de un pequeño rayo. Antes, estos haces solo se obtenían en enormes salas donde el acelerador ocupaba un edificio entero. Ahora, todo el sistema cabe en una habitación y funcionó sin fallos durante 72 horas.

La bobina en una RM capta la señal de radio de los átomos de hidrógeno, como una antena capta una emisora lejana. Pero la señal es débil, y si el amplificador introduce ruido, la imagen sale granulada. En campos magnéticos débiles (más baratos y compactos que los fuertes), hay pocos amplificadores de este tipo y son caros.

Una partícula que atraviesa una barra transparente y larga deja un destello de luz en ella: es un centelleador. Dentro de la barra, como hilos en una cuerda, se tensan fibras delgadas que recogen esa luz y la transmiten a un sensor. Así funcionan los detectores de partículas desde hace varias décadas.

Un médico tarda años en aprender a reconocer enfermedades en imágenes cerebrales. Primero ve perfectamente los signos del envejecimiento, luego domina los tumores, y de repente empieza a confundirse con lo que sabía antes. Muchas redes neuronales se comportan de manera parecida: los conocimientos nuevos borran los antiguos.

La orquesta toca, pero el director solo oye un murmullo general. Cada instrumento lleva su parte, pero no se distingue dónde está la flauta y dónde el contrabajo. Se necesita un analizador de espectro: un dispositivo que descompone el sonido por frecuencias.

Una cámara de un solo píxel se asemeja a un pintor que crea una obra a través de una plantilla con múltiples agujeros. Cada toma deja pasar solo una parte del flujo de luz, y luego una computadora reconstruye la imagen completa a partir de este mosaico. Antes, el orden de las máscaras era fijo, como si el pintor usara siempre la misma plantilla sin prestar atención a la escena.

Decenas de bobinas de cobre en el tomógrafo captan la débil respuesta de los tejidos, como micrófonos que intentan escuchar un susurro en una sala ruidosa. Cada micrófono arrastra un grueso haz de cables. Los cables se presionan entre sí, generan interferencias eléctricas, se calientan y añaden riesgo para el paciente.

El corazón a veces pierde el ritmo, como una orquesta en la que los violines de pronto empiezan a tocar cada uno por su cuenta. En estos casos, los cardiólogos buscan las zonas "desafinadas" leyendo las señales eléctricas del corazón y las cauterizan de forma puntual con una sonda fina: el catéter.

En una pequeña placa de Petri hay una gota de líquido del tamaño de la cabeza de un alfiler. Un tomógrafo convencional ni siquiera la percibiría: la señal es demasiado débil. Pero si acercamos a la gota un diminuto sensor de campo magnético, la imagen cambia.

Cada segundo, unas cien partículas invisibles atraviesan tu cuerpo: los muones. Nacen en lo alto del cielo cuando los rayos cósmicos chocan con los átomos del aire y caen sobre la Tierra como lluvia. Estas partículas son tan penetrantes que pueden atravesar un edificio de varios pisos, pero al encontrar materia densa, como plomo o uranio, se desvían ligeramente.

Un fotógrafo retrata a un corredor con una exposición larga y obtiene una silueta borrosa. Algo parecido le ocurre a un resonador magnético convencional cuando 've' órganos en movimiento: el corazón se contrae, los pulmones respiran y la imagen se desenfoca. Para evitarlo, se pide al paciente que se quede quieto y contenga la respiración.

La escena está iluminada por reflectores, pero los eventos más interesantes ocurren en las sombras, donde se esconden moléculas invisibles al ojo. La nueva cámara capta el calor de estas 'invisibles' y lo convierte en luz ordinaria.

Cuando se necesita ver el cerebro por dentro, normalmente se coloca a la persona en un tubo estrecho de resonancia magnética o se irradia con rayos X. Ambos métodos son caros, voluminosos y no siempre están disponibles.

La luz necesita espacio. El objetivo de una cámara está a varios centímetros del sensor para que los rayos puedan enfocarse. Ahora, ese espacio se ha comprimido hasta el grosor de una hoja de papel, y la luz sigue comportándose como si hubiera recorrido sus legítimos centímetros. Esto es lo que hacen las 'placas espaciales' (spaceplates): elementos planos que imitan el recorrido libre de la luz.

Una linterna dispersa la luz en un haz ancho, mientras que un láser emite un rayo estrecho que revela los detalles más pequeños. En la resonancia magnética (RM), el papel de ese rayo lo desempeña el gradiente: un cambio rápido del campo magnético a lo largo del cuerpo.

El cirujano extirpa un tumor de mama, pero ¿cómo saber si no ha quedado ninguna célula enferma en el borde? Hoy en día, el tejido se envía al laboratorio y la respuesta tarda varios días. Si el borde no está limpio, se necesita una segunda operación. El nuevo método promete dar la respuesta directamente en el quirófano, mientras la paciente aún está en la mesa.

Un láser impacta un fragmento de roca de otro planeta. La piedra se evapora y el instrumento captura las partículas dispersas y las clasifica por peso.

El dedo es un sensor vivo: bajo la piel, las arterias laten al ritmo del corazón. Los tensiómetros comunes comprimen el brazo y dan un solo número, pero este anillo, con ocho electrodos, hace pasar una corriente débil y, según cómo atraviesa los tejidos, construye una imagen del flujo sanguíneo.

Buscar un punto de luz individual en una muestra oscura es como intentar encontrar una aguja en un pajar: el haz del microscopio avanza línea por línea, gastando tiempo y luz en vano. Los físicos sustituyeron este lento recorrido por patrones de luz aleatorios.

Una pila de papel: si las hojas están perfectamente alineadas, la luz las atraviesa de manera uniforme. Pero basta con girar una hoja unos pocos grados para que la imagen cambie. Algo similar ocurre con las capas de ciertos materiales: si las giras unas respecto a otras, sus propiedades cambian, a veces de forma radical.

Un destello láser dura unos pocos femtosegundos: es como si un instante se dividiera en un millón de partes. En ese destello se mezclan muchos colores a la vez, del rojo al violeta. Los instrumentos que miden la forma del destello suelen equivocarse: unos colores los ven bien, otros mal. Por eso la imagen sale borrosa. Los autores del artículo proponen una salida sencilla.

Un electrón en un campo magnético es como una diminuta peonza que gira y emite un débil 'chirrido' a su frecuencia. Escuchar ese chirrido directamente es casi imposible: se pierde en el ruido. Los científicos han ideado un resonador: una tira superconductora de microondas que funciona como un diapasón afinado a la misma nota.

La cámara que busca tumores funciona como una cámara fotográfica muy sensible: capta el débil resplandor de una sustancia que se acumula en las células enfermas. En los aparatos convencionales, la luz nace en un cristal, una pieza sólida parecida al vidrio. Pero el cristal no siempre transmite con exactitud dónde se produjo el destello, y la imagen sale ligeramente borrosa.

En el hospital, la sangre del dedo suele ir al laboratorio y el resultado llega al día siguiente. El nuevo método promete reducir este proceso a unos minutos. En lugar de captar la luz reflejada por la muestra, lee el voltaje eléctrico que se genera en la interfaz entre dos medios, como un leve cosquilleo al tocar una pila con los dedos húmedos. Esta señal resultó ser sorprendentemente estable y precisa.

Se encuentran microplásticos incluso en glaciares de montaña y en alimentos. La espectroscopía convencional —análisis por luz— requería costosos detectores para la radiación infrarroja invisible. El nuevo método lo evita: el dispositivo crea un par de gemelos de luz.

Sintonizar la radio en tu emisora favorita es buscar la frecuencia adecuada entre el ruido. El nuevo dispositivo hace lo mismo, pero con ondas de unos tres milímetros de longitud. Estas ondas llegan de galaxias lejanas y, quizás, de partículas de materia oscura.

Un aparato de resonancia magnética convencional es un imán enorme que no se puede mover de lugar y una computadora potente que convierte las señales del cuerpo en una imagen. En los últimos años han aparecido tomógrafos portátiles con campo más débil: son ligeros, baratos y pueden funcionar en un hospital de campaña o en una ambulancia.

En la epilepsia, el médico ajusta la dosis del fármaco casi a ciegas. Si es demasiado baja, las convulsiones continúan; si es demasiado alta, aparecen efectos secundarios. Normalmente, la sangre del paciente se envía al laboratorio y el resultado llega en uno o dos días. Ahora, el mismo análisis se puede hacer en un diminuto chip de silicio.

Una aguja diminuta se desliza sobre la superficie como un dedo sobre una página escrita en braille. Así funciona el microscopio de efecto túnel: palpa el relieve de los átomos y convierte las irregularidades en una imagen. Pero cuando se necesita añadir un campo magnético, el diseño choca con una pared.

La radiografía suele asociarse con un aparato voluminoso en el hospital. Pero una imagen así puede tomarla un dispositivo del tamaño de la palma de la mano, ensamblado con componentes de electrónica de aficionado. Los autores del trabajo usaron un miniordenador Raspberry Pi, una cámara de 12,3 megapíxeles y una pantalla que brilla bajo los rayos X.

Cada inspiración y espiración desplaza los órganos internos varios centímetros. Para un tomógrafo de resonancia magnética que toma imágenes del abdomen, es como fotografiar a un corredor con una exposición larga: la imagen sale borrosa.

Dos gotas de líquido suspendidas una junto a la otra comienzan a cantar al unísono. Una gota es como una cuerda afinada a un tono determinado, y juntas forman un láser que emite un único color limpio. Así funciona un nuevo tipo de sensor: la molécula fotónica líquida. El secreto está en que las gotas tienen tamaños ligeramente diferentes.

Una radiografía de una batería se parece a una foto tomada a través de un vidrio esmerilado: los detalles finos se funden en una mancha gris. La causa es la limitación del propio detector, que no distingue detalles más pequeños que su píxel. Los ingenieros propusieron sortear esta barrera iluminando la muestra no con un haz uniforme, sino con un patrón de franjas.

Duele la espalda y el médico pide que te inclines hacia delante y hacia atrás para ver cómo se mueven las vértebras. Normalmente se hacen una serie de radiografías: muestran el movimiento, pero solo en un plano, como una sombra en la pared. Y los métodos volumétricos, como la tomografía computarizada, no siguen el ritmo del movimiento.

Un fotógrafo captura a un corredor: para que la imagen no salga borrosa, necesita una velocidad de obturación corta. El escáner de RM es como ese fotógrafo, pero su 'obturación' es lenta: en ese tiempo, el músculo alcanza a cambiar. Por eso, la RM dinámica (una serie de imágenes volumétricas en movimiento) es un desafío: hay pocos datos y el movimiento no espera.