Konec endoskopie? Nová technika může být budoucností lékařského zobrazování
Průlomový výzkum představuje inovativní zobrazovací techniku, která využívá ultrazvuk k neinvazivnímu poskytování hloubkových obrazů.
Endoskopie je v současné době jednou z nejběžnějších metod pro lékařské zobrazování.Jeho použití zahrnuje diagnostiku stavů, které ovlivňují plíce, tlusté střevo, hrdlo a gastrointestinální trakt.
Během endoskopie lékaři vloží endoskop - dlouhou tenkou trubici se silným světlem a malou kamerou na konci - do malého otvoru, jako jsou ústa nebo malý řez provedený chirurgem.
Endoskopie jsou invazivní procedura, i když minimálně. Mohou způsobit nepohodlí a nejsou bez rizika. Potenciální vedlejší účinky endoskopií zahrnují nadměrné nasycení, křeče, přetrvávající bolest nebo dokonce perforaci tkáně a menší vnitřní krvácení.
Nyní může inovativní objev úplně ukončit endoskopii. Maysam Chamanzar, odborný asistent elektrotechniky a výpočetní techniky na Carnegie Mellon University v Pittsburghu v Pensylvánii, a Matteo Giuseppe Scopelliti, doktorský výzkumník na stejném oddělení, vymysleli neinvazivní ultrazvukovou zobrazovací techniku, která slibuje nahradit endoskop.
Vědci podrobně popisují svou novou techniku v časopise Světlo: Věda a aplikace.
Výměna fyzického objektivu za virtuální
Chamanzar a Scopelliti ve svém příspěvku vysvětlují, že biologická tkáň jako zakalené (nebo husté a neprůhledné) médium omezuje možnosti optických metod.
Tkáň je konkrétně vyrobena z velkých částic a membrán a omezuje hloubku a rozlišení optických snímků, „zejména ve viditelném a blízkém infračerveném rozsahu spektra“.
Nová technika však využívá ultrazvuk k vytvoření „virtuální čočky“ v těle místo zavedení fyzické. Operátor pak může upravit čočku „změnou ultrazvukových tlakových vln uvnitř média“, píší autoři, a tak neinvazivními prostředky pořizuje hloubkové snímky, které dříve nikdy nebyly přístupné.
Ultrazvukové vlny mohou stlačovat nebo ředit médium, které pronikají. Světlo putuje pomaleji komprimovaným médiem a rychleji ve zředěném médiu.
Autoři vysvětlují, že byli schopni vytvořit virtuální čočku pomocí tohoto efektu komprese / zředění:
"Jak se ultrazvukové vlny šíří médiem, modulují jeho hustotu a tím i jeho lokální index lomu;" médium je stlačeno v oblastech s vysokým tlakem, což má za následek vyšší hustotu, zatímco v oblastech s podtlakem, kde je místní hustota snížena, je vzácné. “
"Výsledkem je," píší, "že tlaková stojatá vlna vytváří lokální kontrast indexu lomu."
Navíc nastavení nebo rekonfigurace ultrazvukových vln zvenčí může pohybovat čočkou uvnitř média, což jí umožňuje cestovat do různých oblastí a pořizovat snímky v různých hloubkách.
"Použili jsme ultrazvukové vlny k vytvarování virtuální optické reléové čočky v daném cílovém médiu, což může být například biologická tkáň," říká Chamanzar. "Proto se tkáň proměnila v čočku, která nám pomáhá zachytit a předat obrazy hlubších struktur."
Výzkumník dále vysvětluje, jak tato technika funguje a proč se jedná o progresivní krok pro vizualizaci uvnitř těla.
"To, co odlišuje naši práci od konvenčních acousto-optických metod, je to, že používáme samotné cílové médium, kterým může být biologická tkáň, k ovlivnění světla při jeho šíření médiem," pokračuje Chamanzar. "Tato interakce in situ poskytuje příležitosti k vyvážení [překážek], které narušují trajektorii světla."
Technika „revoluce v lékařském zobrazování“
Mezi aplikace nové techniky patří zobrazování mozku, diagnostika kožních stavů a identifikace nádorů v různých orgánech. Metoda může zahrnovat ruční zařízení nebo kožní náplast, v závislosti na oblasti, kterou je třeba monitorovat.
Pouhým nanesením na povrch kůže mohou zdravotničtí pracovníci získat snímky vnitřních orgánů bez potenciálních vedlejších účinků a nepříjemností endoskopie.
"Schopnost přenášet obrazy z orgánů, jako je mozek, bez nutnosti zavádění fyzických optických komponent, poskytne důležitou alternativu k implantaci invazivních endoskopů do těla."
Maysam Chamanzar
"Tato metoda může způsobit převrat v oblasti biomedicínského zobrazování," dodává.
„Zakalená média byla vždy považována za překážku optického zobrazování,“ dodává spoluautor Scopelliti. "Ukázali jsme však, že taková média lze převést na spojence, aby světlo pomohlo dosáhnout požadovaného cíle."
"Když aktivujeme ultrazvuk se správným vzorem, zakalené médium se okamžitě stane průhledným." Je vzrušující přemýšlet o potenciálním dopadu této metody na širokou škálu oblastí od biomedicínských aplikací po počítačové vidění. “
