Konec endoskopije? Nova tehnika je lahko prihodnost medicinskega slikanja
Prebojne raziskave prikazujejo inovativno tehniko slikanja, ki z ultrazvokom zagotavlja globinske slike na neinvaziven način.
Endoskopija je trenutno ena najpogostejših metod za slikanje v medicini.Njegova uporaba vključuje diagnosticiranje stanj, ki vplivajo na pljuča, debelo črevo, grlo in prebavila.
Med endoskopijo medicinski strokovnjaki v majhno odprtino, na primer usta ali majhen rez, ki ga naredi kirurg, vstavijo endoskop - dolgo, tanko cev z močno svetlobo in majhno kamero na koncu.
Endoskopije so invaziven postopek, čeprav minimalno. Lahko ustvarijo nelagodje in niso brez tveganj. Potencialni neželeni učinki endoskopij vključujejo prekomerno sedacijo, krče, vztrajno bolečino ali celo perforacijo tkiva in manjše notranje krvavitve.
Zdaj lahko z inovativnim odkritjem endoskopija popolnoma konča. Maysam Chamanzar, docent za elektrotehniko in računalniški inženiring na univerzi Carnegie Mellon v Pittsburghu v Pensilvaniji, in Matteo Giuseppe Scopelliti, doktorski raziskovalec na istem oddelku, sta zasnovala neinvazivno tehniko ultrazvočnega slikanja, ki obljublja nadomestitev endoskopa.
Raziskovalci v reviji podrobno opisujejo svojo novo tehniko Svetloba: znanost in aplikacije.
Zamenjava fizične leče z virtualno
Chamanzar in Scopelliti v svojem prispevku pojasnjujeta, da biološko tkivo kot motno (ali gosto in neprozorno) sredstvo omejuje možnosti optičnih metod.
Natančneje, tkivo je narejeno iz velikih delcev in membran ter omejuje globino in ločljivost optičnih posnetkov, "zlasti v vidnem in bližnjem infrardečem območju spektra."
Nova tehnika pa z ultrazvokom oblikuje "navidezno lečo" v telesu, namesto da bi vstavila fizično. Nato lahko operater prilagodi lečo tako, da "spremeni ultrazvočne valove tlaka znotraj medija", pišejo avtorji in tako posname globinske slike, ki prej niso bile nikoli dostopne, z neinvazivnimi sredstvi.
Ultrazvočni valovi lahko stisnejo ali redčijo medij, v katerega prodrejo. Svetloba potuje počasneje skozi stisnjeni medij in hitreje v redkih medijih.
Avtorji pojasnjujejo, da so lahko ustvarili virtualno lečo z uporabo tega učinka stiskanja / redčenja:
»Ko se ultrazvočni valovi širijo po mediju, modulirajo njegovo gostoto in s tem lokalni lomni količnik; medij je stisnjen v območjih z visokim tlakom, kar ima za posledico večjo gostoto, medtem ko je na območjih z negativnim tlakom, kjer se lokalna gostota zmanjša, redči. "
"Kot rezultat," pišejo, "tlačni stoječi val ustvari lokalni kontrastni indeks loma."
Poleg tega lahko prilagajanje ali prekonfiguracija ultrazvočnih valov od zunaj premakne lečo znotraj medija, kar ji omogoča potovanje v različna območja in fotografiranje v različnih globinah.
"Z ultrazvočnimi valovi smo oblikovali navidezno optično relejno lečo znotraj določenega ciljnega medija, ki je na primer lahko biološko tkivo," pravi Chamanzar. "Zato se tkivo spremeni v lečo, ki nam pomaga zajeti in posredovati slike globljih struktur."
Raziskovalec nadalje razloži, kako tehnika deluje in zakaj je to postopni korak za vizualizacijo znotraj telesa.
"Kar ločuje naše delo od običajnih akustično-optičnih metod, je to, da uporabljamo sam ciljni medij, ki je lahko biološko tkivo, da vpliva na svetlobo, ko se ta širi skozi medij," nadaljuje Chamanzar. "Ta interakcija na kraju samem ponuja možnosti za izravnavo [ovir], ki motijo pot svetlobe."
Tehnika za "revolucijo v medicinskem slikanju"
Nekatere aplikacije nove tehnike vključujejo slikanje možganov, diagnosticiranje kožnih stanj in prepoznavanje tumorjev v različnih organih. Metoda lahko vključuje ročno napravo ali obliž kože, odvisno od območja, ki ga je treba nadzirati.
Z enostavnim nanosom na površino kože bi lahko zdravstveni delavci dobili slike notranjih organov brez morebitnih stranskih učinkov in neprijetnosti endoskopije.
"Zmožnost posredovanja slik iz organov, kot so možgani, brez vstavljanja fizičnih optičnih komponent bo pomembna alternativa vsaditvi invazivnih endoskopov v telo."
Maysam Chamanzar
"Ta metoda lahko revolucionira področje biomedicinskega slikanja," dodaja.
"Motni mediji so vedno veljali za ovire za optično slikanje," dodaja soavtor Scopelliti. "Vendar smo pokazali, da je takšne medije mogoče pretvoriti v zaveznike, da lažje dosežejo želeni cilj."
»Ko aktiviramo ultrazvok s pravilnim vzorcem, postane motni medij takoj prozoren. Razburljivo je razmišljati o morebitnem vplivu te metode na široko področje, od biomedicinskih aplikacij do računalniškega vida. "
