Imagen terahertz de píxel único totalmente acoplada por fibra para aplicaciones biomédicas

Imágenes médicas más nítidas sin rayos X

La medicina moderna depende cada vez más de ver debajo de la piel sin abrirla, pero muchas herramientas de imagen siguen siendo lentas, voluminosas o utilizan radiación ionizante como los rayos X. Este estudio presenta un nuevo sistema de imagen basado en terahertz que es compacto, flexible y lo suficientemente rápido para usarse en tiempo real directamente sobre la piel de los pacientes, abriendo la puerta a diagnósticos más seguros junto a la cama y a una mejor guía durante tratamientos y cirugías.

Ondas suaves que detectan agua y estructura

Las ondas terahertz se sitúan entre las microondas y el infrarrojo y transportan muy poca energía, por lo que no ionizan los tejidos como pueden hacerlo los rayos X. Se ven fuertemente afectadas por el agua, lo que las hace particularmente sensibles a cuán húmedas o secas son distintas partes de la piel y del tejido subyacente. Dado que el cáncer, las cicatrices, las quemaduras y otras afecciones suelen alterar el contenido de agua y la estructura del tejido, las señales terahertz pueden revelar contrastes que la luz ordinaria o el ultrasonido podrían pasar por alto. Sin embargo, hasta ahora muchos sistemas de imagen terahertz eran grandes montajes de sobremesa que escaneaban lentamente la muestra, lo que limitaba su utilidad en una clínica ocupada o en el quirófano.

Una sonda compacta impulsada completamente por fibras ópticas

Los investigadores resolvieron estas barreras prácticas construyendo un sistema de imagen terahertz totalmente acoplado por fibra alrededor de una pequeña sonda que puede moverse hasta donde esté el paciente. En lugar de dirigir los haces terahertz con pesados espejos en espacio libre, guían la luz que genera y detecta el pulso terahertz mediante fibras ópticas flexibles, similares a las empleadas en telecomunicaciones. Dentro de la sonda, un prisma de cuarzo y una delgada oblea de silicio se apoyan contra la superficie de la muestra. Las ondas terahertz entran en el prisma, se deslizan a lo largo de la interfaz silicio–muestra y se reflejan de vuelta mediante un proceso llamado reflexión total atenuada, que es muy sensible a las propiedades de la capa delgada de tejido justo bajo la sonda.

Pintar patrones con luz para construir imágenes

Para evitar el escaneado mecánico lento, el equipo emplea una estrategia de imagen de “píxel único”. En lugar de medir cada punto de la imagen por separado, proyectan una serie de patrones de luz cuidadosamente diseñados sobre la oblea de silicio usando un láser azul y un dispositivo micromirror digital, entregados a través de un haz de fibras de imagen. Estos patrones cambian localmente cómo interactúa el silicio con las ondas terahertz, imprimiendo efectivamente un patrón correspondiente en el haz terahertz. Para cada patrón, un único detector registra la señal terahertz reflejada total, y un ordenador reconstruye matemáticamente la imagen a partir de muchas de esas mediciones. Al elegir patrones basados en una matriz de Hadamard y aprovechar una oblea de silicio cuya respuesta eléctrica decae en solo unos pocos microsegundos, el sistema puede cambiar patrones hasta 20.000 veces por segundo. Esto permite obtener imágenes a velocidad de vídeo con una resolución espacial de aproximadamente 360 micrómetros —lo bastante fina para distinguir pequeños detalles de la piel— mientras consigue más de 30.000 píxeles de imagen por segundo, más de cinco veces más rápido que sistemas comparables anteriores.

Pruebas en patrones metálicos, tejido animal y piel humana

Para validar la calidad de imagen, los autores primero fotografiaron una pequeña muestra de oro en forma de “rueda” sobre cuarzo. Las imágenes terahertz mostraron claramente los radios metálicos con alto contraste, coincidiendo con las fotografías ópticas y confirmando la resolución y estabilidad del sistema. A continuación, se probaron con un trozo de tejido porcino que contenía regiones ricas en grasa y otras ricas en proteína. Dado que la grasa retiene menos agua y presenta diferentes vibraciones moleculares que la proteína, las dos regiones ofrecieron firmas terahertz distintas tanto en la intensidad de la señal como en la fase a través de la frecuencia, lo que permitió cartografiar un límite claro entre ellas. Finalmente, el equipo demostró imágenes en tiempo real in vivo en el brazo de un voluntario. La sonda terahertz distinguió con facilidad una costra seca de la piel circundante más hidratada, reproduciendo la forma de la costra y confirmando que la técnica puede funcionar en tejido vivo en tiempo real.

Exploraciones más rápidas y amables para futuras clínicas

En conjunto, este trabajo demuestra que la imagen terahertz puede empaquetarse en un sensor de estilo portátil alimentado por fibra que ofrece vistas rápidas, sin contacto y no ionizantes del tejido justo debajo de la piel. Al combinar la reflexión total atenuada, la imagen de píxel único y el uso inteligente de las propiedades del silicio, el sistema logra alta velocidad, detalle fino y robustez en un factor de forma compacto. Con un mayor desarrollo, dispositivos así podrían ayudar a los médicos a diagnosticar cánceres de piel, monitorizar la cicatrización de heridas, guiar la extracción precisa de tejido enfermo e incluso integrarse con plataformas robóticas para imagen automatizada, segura y delicada junto a la cama del paciente.

Cita: Mou, S., Stantchev, R.I., Saxena, S. et al. All-fibre-coupled terahertz single-pixel imaging for biomedical applications. Nat Commun 17, 1571 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68290-x

Palabras clave: imagen terahertz, imagen de píxel único, diagnóstico biomédico, cáncer de piel, espectroscopía no invasiva