Anatomía y Fisiología

La microscopía es el campo técnico del uso de microscopios (instrumento de aumento) para ver objetos y áreas de objetos que no se pueden ver a simple vista (objetos que no están dentro del rango de resolución del ojo normal).17 El microscopio es un dispositivo que utiliza una lente o un sistema de lentes para producir una imagen muy ampliada de un objeto. La microscopía moderna utiliza ahora programas informáticos como ImageJ, CellProfiler, NeuronStodio para adquirir y analizar imágenes.1

Hay dos ramas de la microscopía.1,18

1. Microscopio de luz (microscopio simple, compuesto, microscopio de disección (microscopio estéreo), microscopio de comparación, microscopio invertido, microscopio quirúrgico y digital.
2. Microscopio electrónico (microscopio electrónico de transmisión y de barrido)

Microscopio óptico

También se denomina microscopio óptico, es un tipo de microscopio que utiliza la luz visible y un sistema de lentes para ampliar las imágenes de pequeñas muestras.17 Los microscopios ópticos son el diseño más antiguo de microscopio y posiblemente se inventaron en su forma compuesta actual en el siglo XVII. Los microscopios ópticos básicos pueden ser muy sencillos, aunque existen muchos diseños complejos cuyo objetivo es mejorar la resolución y el contraste de la muestra, como los microscopios compuestos, de disección y quirúrgicos.19 Los microscopios modernos permiten algo más que la simple observación de la imagen de luz transmitida de una muestra; existen muchas técnicas que pueden utilizarse para extraer otro tipo de datos. La mayoría de ellas requieren equipos adicionales a un microscopio compuesto básico.17 La microscopía óptica se utiliza ampliamente en histología, histopatología, microelectrónica, nanofísica, biotecnología, investigación farmacéutica, mineralogía y microbiología.20

Microscopio simple: Un microscopio simple utiliza una lente o un conjunto de lentes para ampliar un objeto a través de la ampliación angular solamente, dando al espectador una imagen virtual ampliada erguida.21 El uso de una sola lente convexa o grupos de lentes todavía se encuentran en los dispositivos de aumento simple, como la lupa, las lupas y los oculares para telescopios y microscopios.22

Microscopio compuesto: Un microscopio compuesto utiliza una lente (lente objetivo) cerca del objeto que se está viendo para recoger la luz que enfoca una imagen real del objeto dentro del microscopio. A continuación, esa imagen es ampliada por una segunda lente o grupo de lentes (denominada ocular) que proporciona al observador una imagen virtual invertida ampliada del objeto.18 El uso de una combinación de objetivo compuesto/ocular permite un aumento mucho mayor (hasta 1000-2000 veces) (Figura 7). Un microscopio compuesto también permite configuraciones de iluminación más avanzadas, como el contraste de fase.21,22

Microscopio estereoscópico: Un microscopio estereoscópico es un microscopio de baja potencia que proporciona una visión estereoscópica de una muestra (con un aumento de hasta 100 veces), comúnmente utilizado para la disección (Figura 8).18

Microscopio invertido: para estudiar muestras desde abajo; útil para cultivos celulares en líquido, o para metalografía (Figura 9).18

Microscopio de comparación: Es un dispositivo que se utiliza para analizar especímenes de lado a lado. Consiste en dos microscopios conectados por un puente óptico, lo que da lugar a una ventana de visión dividida que permite ver dos objetos separados simultáneamente. Tiene dos trayectorias de luz separadas que permiten la comparación directa de dos muestras a través de una imagen en cada ojo (Figura 10). Esto evita que el observador tenga que confiar en la memoria al comparar dos objetos en un microscopio convencional.27

Microscopio digital: Es una variación de un microscopio óptico tradicional que utiliza una óptica y una cámara digital para emitir una imagen en un monitor, a veces mediante un software que se ejecuta en un ordenador.20 Un microscopio digital suele tener su propia fuente de luz LED incorporada, y se diferencia de un microscopio óptico en que no está previsto observar la muestra directamente a través de un ocular. Dado que la imagen se centra en el circuito digital, todo el sistema está diseñado para la imagen del monitor (Figura 11). Se omite el ocular para el ojo humano.20

Microscopio quirúrgico: Se utilizan para aumentar el aumento del cirujano (hasta 4-40 veces) durante los procedimientos quirúrgicos.29 Se utilizaron originalmente para la cirugía de oído, nariz y garganta. Sin embargo, siguen marcando nuevas pautas en la cirugía general, la oftalmología, la cirugía ortopédica, la cirugía ginecológica, la otorrinolaringología, la neurocirugía, la cirugía oral y maxilofacial, la cirugía plástica, la cirugía podológica y la cirugía pediátrica (figura 6).29

Microscopio electrónico

El diseño general de un microscopio electrónico es similar al de un microscopio óptico. La luz se sustituye por electrones, las lentes de cristal se sustituyen por lentes electromagnéticas y electrostáticas. Los microscopios electrónicos tienen sistemas de lentes ópticas de electrones que son análogas a las lentes de vidrio de un microscopio óptico de luz, hay dos tipos principales de microscopios electrónicos; el Microscopio Electrónico de Transmisión (TEM) y el Microscopio Electrónico de Barrido (SEM), de los cuales el TEM es el más comúnmente utilizado (Figura 12).22 La mayor ventaja es que tienen una mayor resolución que el microscopio de luz y por lo tanto también son capaces de una mayor ampliación (hasta 2 millones de veces).31 Los microscopios electrónicos permiten la visualización de estructuras que normalmente no serían visibles por microscopía óptica.32 Los microscopios electrónicos se utilizan para investigar la ultraestructura de una amplia gama de especímenes biológicos e inorgánicos, como microorganismos, células, moléculas de gran tamaño, muestras de biopsias, metales y cristales (figura 13).31 Los microscopios electrónicos modernos producen micrografías electrónicas utilizando cámaras digitales especializadas y captadores de fotogramas para capturar la imagen.

Microscopio electrónico de transmisión (TEM)

La microscopía electrónica de transmisión es una técnica desarrollada para obtener aumentos y, por tanto, detalles de una muestra, a un nivel mucho mejor que el de los microscopios ópticos convencionales.34,35 En la TEM se hace pasar un haz de electrones a través de una muestra ultrafina que interactúa con la muestra a su paso. Se forma una imagen a partir de la interacción de los electrones transmitidos a través del espécimen; la imagen se amplía y se enfoca en un dispositivo de imagen, como una pantalla fluorescente, en una capa de película fotográfica, o para ser detectada por un sensor como una cámara CCD.2 En un TEM, los electrones penetran en un espécimen delgado y luego se obtienen imágenes por medio de lentes apropiadas, en amplia analogía con el microscopio biológico de luz.22 El TEM se compone de; sistema de iluminación, etapa de espécimen, sistema de imagen y sistema de vacío. La microscopía electrónica de transmisión es un método analítico importante en las ciencias físicas, químicas y biológicas. Los TEM se aplican en la investigación del cáncer, la virología y la ciencia de los materiales, así como en la investigación de la contaminación, la nanotecnología y los semiconductores.36

Microscopio electrónico de barrido (SEM)

Un microscopio electrónico de barrido tiene una estructura similar a la del TEM, pero la columna es considerablemente más corta porque las únicas lentes que se necesitan son las que están por encima de la muestra y se utilizan para enfocar los electrones en un punto fino de la superficie de la muestra.37 No hay lentes por debajo de la muestra. Por otro lado, la cámara de la muestra es más grande porque la técnica del MEB no impone ninguna restricción al tamaño de la muestra, aparte de la establecida por el tamaño de la cámara de la muestra.38 El MEB produce imágenes de una muestra escaneando la superficie con un haz de electrones enfocado. Los electrones interactúan con los átomos de la muestra, produciendo varias señales que contienen información sobre la topografía y la composición de la superficie de la muestra.39 El haz de electrones se escanea en un patrón de barrido de trama, y la posición del haz se combina con la señal detectada para producir una imagen. El MEB puede alcanzar una resolución superior a 1 nanómetro.40

La ultrasonografía

La ultrasonografía también se conoce como estudio Doppler o ecografía utilizada para el diagnóstico médico, es una técnica indolora y no invasiva que utiliza un ecógrafo con ondas sonoras silenciosas de alta frecuencia (de 1 a 5 megahercios) para producir imágenes en vivo de las estructuras internas del cuerpo también conocidas como sonograma. Permite a los médicos visualizar órganos o tejidos enfermos o normales (como la vejiga, el útero, el riñón y los ovarios) dentro del cuerpo sin realizar una incisión. La ecografía es la técnica médica recomendada para visualizar un feto en mujeres embarazadas/animales porque no produce radiación como otras técnicas de imagen médica.2

La técnica de la ecografía consiste en utilizar un gel líquido y una sonda transductora manual en la superficie del cuerpo. La sonda que contiene el transductor acústico envía y recibe millones de pulsos y ecos en el cuerpo por segundo. Las ondas sonoras penetran en el cuerpo y chocan con un límite entre los tejidos (por ejemplo, el tejido blando y el hueso), las ondas se reflejan en la sonda transductora y luego se transmiten a la unidad central de procesamiento (CPU) (Figura 14-16). La CPU es una máquina que suministra energía eléctrica al transductor, calcula el tiempo de reflexión de la onda y la profundidad de la interfaz tisular que provoca la onda para construir una imagen bidimensional en el monitor. El procedimiento suele requerir un mínimo de 30 minutos.41,42

A continuación se muestran los diferentes tipos de ecografía

Imagen ecográfica 2D: Este es el tipo más común de imagen de ultrasonido, es una serie de imágenes planas y bidimensionales de corte transversal del tejido escaneado. Este modo de exploración sigue siendo estándar para muchas situaciones diagnósticas y obstétricas después de medio siglo de uso.43-46

Imagen ecográfica 3D: Se trata de una imagen tridimensional (3D), obtenida a partir de un corte transversal del tejido escaneado en varios ángulos y los datos recibidos se reconstruyen en una imagen tridimensional. Esta ecografía se utiliza habitualmente para obtener una ecografía (imagen) más completa y realista de un feto y en el diagnóstico del labio leporino.44-47

Imagen ecográfica en 4D: utiliza la onda sonora para producir un vídeo en directo del feto en el útero.43-46 La ecografía 3D y 4D produce unas imágenes realistas de un feto en movimiento o en desarrollo en el útero que no pueden verse fácilmente en una imagen ecográfica 2D.43-46

Imagen ecográfica Doppler: La técnica implica el uso de ondas sonoras reflejadas para revelar el patrón y la forma del flujo sanguíneo dentro del vaso sanguíneo, esto no se puede ver en una imagen de ultrasonido 2D, 3D y 4D. La ecografía Doppler puede utilizarse para diagnosticar varias anomalías del corazón y los vasos sanguíneos, como la insuficiencia venosa, la estenosis arterial, los coágulos de sangre, los aneurismas y las enfermedades congénitas del corazón. Durante una ecografía Doppler, el transductor se desplaza sobre la piel a lo largo de los vasos sanguíneos para enviar y reflejar ondas sonoras, las ondas sonoras de alta frecuencia rebotan en las células sanguíneas circulantes, lo que a su vez cambia la frecuencia de las ondas reflejadas, lo que se conoce como efecto Doppler y, en ausencia de flujo sanguíneo, no se producen cambios en las ondas sonoras reflejadas. Los datos de las ondas sonoras reflejadas con efectos Doppler se utilizan para construir un gráfico que representa el patrón y la forma del flujo sanguíneo a través de los vasos sanguíneos en la CPU. Existen tres tipos de ecografía Doppler, a saber: Doppler en color, Doppler espectral y Doppler de potencia.43-46

Doppler en color: Este tipo de ecografía utiliza la ecografía 2D tradicional para crear la imagen de un vaso sanguíneo y utiliza un ordenador para cambiar las ondas sonoras Doppler en colores que representan la dirección y la velocidad del flujo sanguíneo en la imagen del vaso sanguíneo.43-46

Doppler de potencia: Se trata de un tipo de Doppler de color más sensible que se utiliza para generar detalles del flujo sanguíneo en un órgano sólido que no puede visualizarse mediante un Doppler de color convencional. Sin embargo, es imposible ver la dirección del flujo sanguíneo mediante la ultrasonografía Doppler de potencia. 43-46

Doppler de espectro: Es un tipo de ecografía que utiliza un gráfico para representar el flujo y la dirección de la sangre. Es capaz de mostrar el grado de obstrucción de un vaso sanguíneo.43,45

Doppler de onda continua: Esta ecografía utiliza ondas sonoras que se envían y reflejan continuamente. Este tipo de ondas sonoras se utilizan para detectar la obstrucción de los vasos sanguíneos y medir con precisión el flujo rápido de la sangre.43-46

Radiografía

Es la técnica de diagnóstico por imagen más antigua y común.3 Es una técnica no invasiva como la ultrasonografía, sin embargo utiliza una cantidad muy pequeña de radiación ionizante o no ionizante (rayos X) generada por una máquina de rayos X para producir una imagen latente de las estructuras internas del cuerpo en una película de rayos X (Radiografía de proyección). Un aparato de rayos X puede ser fijo, móvil o portátil (Figura 17-19).48-51 Durante la radiografía, los rayos X se dirigen al cuerpo permitiendo que pasen a través del órgano objetivo y luego se capturan detrás de la película de rayos X plana para producir una imagen 2D (Figura 20). El examen radiográfico puede realizarse con o sin un medio de contraste (como el bario o el yodo) en función de la densidad del órgano a examinar. La radiografía puede utilizarse para diagnosticar varias afecciones, como la fractura de huesos y el cáncer, el tumor de mama y la tuberculosis.48 Existen algunos riesgos asociados a la exposición excesiva a los rayos X, como el cáncer, la caída del cabello y las quemaduras de la piel. Pero en la mayoría de los casos los beneficios superan los riesgos.3,52

Tomografía computarizada (TC)

La TC es un tipo de radiografía que también utiliza rayos X; a diferencia de la radiografía de proyección, la TC utiliza una mayor cantidad de rayos X y proporciona una imagen tridimensional más detallada; sin embargo, en los últimos años, algunas TC se han desarrollado para utilizar una menor cantidad de rayos X. La máquina de TC se compone de un escáner de TC con forma de donut, una mesa, un tubo de rayos X, un detector de rayos X y un ordenador (Figura 21).54,55 El paciente se tumba en la mesa antes de introducirse en el escáner de TC, el tubo de rayos X y la cámara se mueven alrededor del paciente a 360° para escanear y producir múltiples imágenes de los órganos internos del cuerpo, dependiendo del órgano de interés se puede administrar un material de contraste a través de la boca, el recto o se inyecta en la vena para resaltar el órgano escaneado.55 La exploración se realiza en una sala de ordenadores separada en la que se visualizan las imágenes y el tecnólogo se comunica con el paciente con la ayuda de altavoces y micrófonos.56 La principal ventaja de la TC es la rápida adquisición de imágenes diagnósticas más claras de una proporción más amplia del cuerpo.56,57

Hay escáneres de TC veterinarios especializados, como el escáner de TC veterinario recargable, este escáner está equipado con una cabina de rayos X para permitir que el veterinario permanezca cerca del animal durante la exploración, ya que no se requiere una sala separada como en la exploración de TC humana convencional (Figura 22).57 Durante la exploración, el animal será anestesiado y monitorizado, colocado y apoyado en una mesa móvil antes de deslizarse en el escáner de TC (Figura 23).60,61

Resonancia magnética (MRI)

La resonancia magnética (MRI) es una técnica de diagnóstico por imagen indolora y no invasiva que utiliza potentes campos magnéticos y ondas de radio para crear una imagen en 3D de los órganos internos del cuerpo. La RM no implica radiaciones como las que se ven en la radiografía (radiografía de proyectil, TAC y TEP).4 La máquina de RM tiene un aspecto similar a la de TAC y TEP, aunque la técnica tarda más tiempo y hace más ruido (Figura 24).5,61,63

Durante la exploración el paciente (con o sin medio de contraste) se tumba en una mesa que se desliza dentro del tubo que contiene un gran imán que genera un campo magnético y ondas de radio alrededor del cuerpo del paciente que permiten que el tejido del cuerpo vibre. Estas vibraciones se convierten en una imagen detallada en el ordenador (Figura 25).5

Tomografía por emisión de positrones (PET)

PET es una técnica de imagen funcional en 3D, que, a diferencia de la TC y los rayos X, demuestra las actividades fisiológicas de los tejidos y órganos del cuerpo utilizando un radiotrazador (18F-FDG). La vía de administración (oral, venosa o nasal) del radiotrazador depende del tejido u órgano de interés.64 El radiotrazador inyectado se concentra dentro de un tejido que se visualiza en un ordenador como imagen 3D. La máquina es similar a la TC y la RM, y las imágenes modernas de la PET pueden combinarse con las de la TC o la RM para crear una vista única (Figura 26).66

La PET se utiliza principalmente en el estudio y el diagnóstico de tumores y trastornos asociados al cerebro y el corazón. La técnica también es indolora y no invasiva, sin embargo, no se recomienda para mujeres embarazadas, madres lactantes debido a la radiación emitida por el radiotrazador 18F-fluoro-2-deoxiglucosa (18F-FDG) (Tabla 1). La imagen de la PET es un colorido que muestra las zonas más activas del órgano o tejido, en función de la cantidad de radiotrazadores que ha absorbido (Figura 27).5,68-70

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