Kraj endoskopije? Nova tehnika može biti budućnost medicinskog snimanja
Probojno istraživanje prikazuje inovativnu tehniku snimanja koja koristi ultrazvuk za pružanje dubinskih slika na neinvazivan način.
Endoskopija je trenutno jedna od najčešćih metoda za medicinsko snimanje.Njegova primjena uključuje dijagnosticiranje stanja koja utječu na pluća, debelo crijevo, grlo i gastrointestinalni trakt.
Tijekom endoskopije medicinski radnici umetnu endoskop - dugu tanku cijev s jakim svjetlom i malom kamerom na kraju - u mali otvor, poput usta ili malog reza koji kirurg napravi.
Endoskopije su invazivan postupak, iako minimalno. Mogu stvoriti nelagodu i nisu bez rizika. Potencijalne nuspojave endoskopija uključuju prekomjernu sedaciju, grčeve, trajnu bol ili čak perforaciju tkiva i manja unutarnja krvarenja.
Sad, inovativno otkriće može endoskopiji u potpunosti stati na kraj. Maysam Chamanzar, docent elektrotehničkog i računalnog inženjerstva sa Sveučilišta Carnegie Mellon u Pittsburghu u državi Pennsylvania, i Matteo Giuseppe Scopelliti, doktorski istraživač s istog odjela, osmislili su neinvazivnu ultrazvučnu tehniku snimanja koja obećava zamjenu endoskopa.
Istraživači detaljno opisuju svoju novu tehniku u časopisu Svjetlost: znanost i primjena.
Zamjena fizičke leće virtualnom
Chamanzar i Scopelliti u svom radu objašnjavaju da biološko tkivo, kao zamućeni (ili gusti i neprozirni) medij, ograničava mogućnosti optičkih metoda.
Konkretno, tkivo je napravljeno od velikih čestica i membrana i ograničava dubinu i razlučivost optičkih slika, "posebno u vidljivom i bliskom infracrvenom području spektra".
Nova tehnika, međutim, koristi ultrazvuk za osmišljavanje "virtualne leće" u tijelu, umjesto umetanja fizičke. Tada operater može prilagoditi leću "mijenjanjem ultrazvučnih valova tlaka unutar medija", pišu autori, i tako snima dubinske slike kojima nikad prije nije bilo moguće, koristeći neinvazivna sredstva.
Ultrazvučni valovi mogu komprimirati ili razrijediti medij kroz koji prodiru. Svjetlost sporije putuje kroz komprimirani medij, a brže kroz rijetke medije.
Autori objašnjavaju da su uspjeli stvoriti virtualnu leću koristeći ovaj efekt kompresije / razrjeđivanja:
„Dok se ultrazvučni valovi šire kroz medij, oni moduliraju njegovu gustoću, a time i lokalni indeks loma; medij je komprimiran u područjima visokog tlaka, što rezultira većom gustoćom, dok je rijetko u područjima negativnog tlaka gdje je lokalna gustoća smanjena. "
"Kao rezultat", pišu oni, "tlačni stojni val stvara kontrast lokalnog indeksa loma."
Štoviše, podešavanje ili rekonfiguracija ultrazvučnih valova izvana može pomicati leću unutar medija, omogućujući joj da putuje u različita područja i snima slike na različitim dubinama.
"Koristili smo ultrazvučne valove za oblikovanje virtualne optičke relejne leće unutar određenog ciljanog medija, što, na primjer, može biti biološko tkivo", kaže Chamanzar. "Stoga se tkivo pretvara u leću koja nam pomaže snimiti i prenijeti slike dubljih struktura."
Istraživač dalje objašnjava kako tehnika djeluje i zašto je to progresivni korak za vizualizaciju unutar tijela.
"Ono što razlikuje naš rad od konvencionalnih akustično-optičkih metoda je to što koristimo sam ciljni medij, koji može biti biološko tkivo, kako bi utjecao na svjetlost koja se širi kroz medij", nastavlja Chamanzar. "Ova interakcija na licu mjesta pruža mogućnosti za protutežu [preprekama] koje remete putanju svjetlosti."
Tehnika za "revoluciju medicinske slike"
Neke od primjena nove tehnike uključuju snimanje mozga, dijagnosticiranje stanja kože i prepoznavanje tumora u različitim organima. Metoda može uključivati ručni uređaj ili flaster za kožu, ovisno o području koje treba nadzirati.
Jednostavnim nanošenjem na površinu kože zdravstveni radnici mogli bi dobiti slike unutarnjih organa bez potencijalnih nuspojava i neugodnosti endoskopije.
"Mogućnost prenošenja slika s organa, poput mozga, bez potrebe za umetanjem fizičkih optičkih komponenata pružit će važnu alternativu ugradnji invazivnih endoskopa u tijelo."
Maysam Chamanzar
"Ova metoda može revolucionirati područje biomedicinske slike", dodaje.
"Zamućeni mediji uvijek su se smatrali preprekama za optičko slikanje", dodaje koautor Scopelliti. "Ali pokazali smo da se takvi mediji mogu pretvoriti u saveznike kako bi svjetlost pomogla postići željenu metu."
„Kad aktiviramo ultrazvuk pravilnim uzorkom, mutni medij odmah postaje proziran. Uzbudljivo je razmišljati o potencijalnom utjecaju ove metode na široko područje područja, od biomedicinske primjene do računalnog vida. "
