Sfârșitul endoscopiei? O nouă tehnică poate fi viitorul imagisticii medicale
Cercetările avansate prezintă o tehnică imagistică inovatoare care utilizează ultrasunete pentru a oferi imagini în profunzime într-un mod neinvaziv.
Endoscopia este în prezent una dintre cele mai comune metode pentru imagistica medicală.Utilizările sale includ diagnosticarea afecțiunilor care afectează plămânii, colonul, gâtul și tractul gastro-intestinal.
În timpul unei endoscopii, profesioniștii din domeniul medical introduc un endoscop - un tub lung și subțire, cu o lumină puternică și o cameră mică la capăt - într-o deschidere mică, cum ar fi gura sau o incizie mică pe care o face un chirurg.
Endoscopiile sunt o procedură invazivă, deși minim. Ele pot crea disconfort și nu sunt lipsite de riscuri. Efectele secundare potențiale ale endoscopiilor includ suprasedarea, crampele, durerea persistentă sau chiar perforația țesuturilor și sângerările interne minore.
Acum, o descoperire inovatoare poate pune capăt cu totul endoscopiei. Maysam Chamanzar, profesor asistent de inginerie electrică și informatică la Universitatea Carnegie Mellon din Pittsburgh, Pennsylvania, și Matteo Giuseppe Scopelliti, cercetător doctor în același departament, au conceput o tehnică de imagistică cu ultrasunete neinvazivă care promite să înlocuiască endoscopul.
Cercetătorii detaliază tehnica lor nouă în jurnal Lumina: Știință și aplicații.
Înlocuirea obiectivului fizic cu unul virtual
Chamanzar și Scopelliti explică în lucrarea lor că țesutul biologic, fiind un mediu tulbure (sau dens și opac), limitează posibilitățile metodelor optice.
Mai exact, țesutul este format din particule mari și membrane și restricționează profunzimea și rezoluția imaginilor optice, „mai ales în intervalul vizibil și în infraroșu apropiat al spectrului”.
Cu toate acestea, noua tehnică folosește ultrasunetele pentru a concepe o „lentilă virtuală” în corp, în loc să introducă una fizică. Operatorul poate regla apoi obiectivul prin „schimbarea undelor de presiune cu ultrasunete din interiorul mediului”, scriu autorii, și astfel pot lua în profunzime imagini care nu au fost niciodată accesibile până acum, folosind mijloace neinvazive.
Undele cu ultrasunete pot comprima sau rarefia mediul pe care îl pătrund. Lumina călătorește mai încet prin mediile comprimate și mai rapid în mediile rarefiate.
Autorii explică faptul că au reușit să creeze obiectivul virtual folosind acest efect de compresie / rarefacție:
„Pe măsură ce undele ultrasonice se propagă prin mediu, acestea îi modulează densitatea și, prin urmare, indicele său local de refracție; mediul este comprimat în regiunile de înaltă presiune, rezultând o densitate mai mare, în timp ce este rarefiat în zonele de presiune negativă unde densitatea locală este redusă. ”
„Ca rezultat”, scriu ei, „unda staționară de presiune creează un contrast al indicelui de refracție local”.
Mai mult, reglarea sau reconfigurarea undelor ultrasunete din exterior poate deplasa obiectivul în jurul mediului, permițându-i să se deplaseze în diferite regiuni și să facă imagini la diferite adâncimi.
„Am folosit unde cu ultrasunete pentru a sculpta o lentilă de releu optic virtual într-un mediu țintă dat, care, de exemplu, poate fi țesut biologic”, spune Chamanzar. „Prin urmare, țesutul este transformat într-o lentilă care ne ajută să surprindem și să transmitem imaginile structurilor mai adânci.”
Cercetătorul explică în continuare modul în care funcționează tehnica și de ce este un pas progresiv pentru vizualizarea în interiorul corpului.
„Ceea ce distinge munca noastră de metodele convenționale acusto-optice este că folosim mediul țintă în sine, care poate fi țesut biologic, pentru a afecta lumina pe măsură ce se propagă prin mediu”, continuă Chamanzar. „Această interacțiune in situ oferă oportunități de a contrabalansa [obstacolele] care perturbă traiectoria luminii.”
Tehnică de „revoluționare a imaginii medicale”
Unele dintre aplicațiile noii tehnici includ imagistica creierului, diagnosticarea afecțiunilor pielii și identificarea tumorilor din diferite organe. Metoda ar putea implica un dispozitiv portabil sau un plasture de piele, în funcție de zona care necesită monitorizare.
Pur și simplu aplicându-l pe suprafața pielii, profesioniștii din domeniul sănătății ar putea obține imagini ale organelor interne fără efectele secundare potențiale și neplăcerea unei endoscopii.
„Posibilitatea de a transmite imagini din organe, cum ar fi creierul, fără a fi nevoie să introduceți componente optice fizice va oferi o alternativă importantă la implantarea endoscoapelor invazive în corp”.
Maysam Chamanzar
„Această metodă poate revoluționa domeniul imagisticii biomedicale”, adaugă el.
„Mediile tulburi au fost întotdeauna considerate obstacole în imagistica optică”, adaugă co-autorul Scopelliti. „Dar am arătat că astfel de medii pot fi convertite în aliați pentru a ajuta lumina să atingă ținta dorită.”
„Când activăm ultrasunetele cu modelul adecvat, mediul tulbure devine imediat transparent. Este interesant să ne gândim la impactul potențial al acestei metode asupra unei game largi de domenii, de la aplicații biomedicale la viziunea computerizată. ”
