Краят на ендоскопията? Нова техника може да бъде бъдещето на медицинските образи
Пробивното изследване демонстрира иновативна техника за изобразяване, която използва ултразвук, за да предостави в дълбочина изображения по неинвазивен начин.
Понастоящем ендоскопията е един от най-често срещаните методи за медицинска образна диагностика.Неговите приложения включват диагностициране на състояния, които засягат белите дробове, дебелото черво, гърлото и стомашно-чревния тракт.
По време на ендоскопия медицинските специалисти поставят ендоскоп - дълга тънка тръба със силна светлина и малка камера в края - в малък отвор, като устата или малък разрез, който хирургът прави.
Ендоскопиите са инвазивна процедура, макар и минимална. Те могат да създадат дискомфорт и не са без рискове. Потенциалните странични ефекти на ендоскопиите включват свръхседация, спазми, постоянна болка или дори перфорация на тъканите и леко вътрешно кървене.
Сега едно иновативно откритие може да сложи край на ендоскопията изобщо. Maysam Chamanzar, асистент по електротехника и компютърно инженерство в университета Carnegie Mellon в Питсбърг, Пенсилвания, и Matteo Giuseppe Scopelliti, докторски изследовател в същия отдел, са разработили неинвазивна техника за ултразвуково изобразяване, която обещава да замени ендоскопа.
Изследователите подробно описват новата си техника в списанието Светлина: Наука и приложения.
Подмяна на физическата леща с виртуална
Chamanzar и Scopelliti обясняват в своя доклад, че биологичната тъкан, като мътна (или плътна и непрозрачна) среда, ограничава възможностите на оптичните методи.
По-конкретно, тъканта е направена от големи частици и мембрани и ограничава дълбочината и разделителната способност на оптичните изображения, „особено във видимия и близкия инфрачервен диапазон на спектъра“.
Новата техника обаче използва ултразвук, за да създаде „виртуална леща“ в тялото, вместо да вкара физическа. След това операторът може да регулира лещата, като „променя ултразвуковите вълни под налягане в средата“, пишат авторите и така прави дълбоки изображения, които никога преди не са били достъпни, използвайки неинвазивни средства.
Ултразвуковите вълни могат да компресират или разреждат средата, през която проникват. Светлината се движи по-бавно през компресирана среда и по-бързо в разредена среда.
Авторите обясняват, че са успели да създадат виртуалната леща, като използват този ефект на компресия / разреждане:
„Тъй като ултразвуковите вълни се разпространяват през средата, те модулират нейната плътност и следователно нейния локален индекс на пречупване; средата се компресира в районите с високо налягане, което води до по-висока плътност, докато се разрежда в областите с отрицателно налягане, където локалната плътност е намалена. "
„В резултат на това - пишат те, - стоящата вълна под налягане създава локален контраст на показателя на пречупване.“
Освен това, коригирането или преконфигурирането на ултразвуковите вълни отвън може да премести лещата вътре в средата, което й позволява да пътува до различни региони и да прави изображения на различни дълбочини.
„Използвахме ултразвукови вълни за извайване на виртуална оптична релейна леща в дадена целева среда, която например може да бъде биологична тъкан“, казва Чаманзар. „Следователно тъканта се превръща в леща, която ни помага да улавяме и предаваме образите на по-дълбоки структури.“
Освен това изследователят обяснява как работи техниката и защо това е прогресивна стъпка за визуализиране в тялото.
„Това, което отличава нашата работа от конвенционалните акустооптични методи, е, че използваме самата целева среда, която може да бъде биологична тъкан, за да въздейства върху светлината при нейното разпространение през средата“, продължава Чаманзар. „Това взаимодействие in situ предоставя възможности за противовес на [препятствията], които нарушават траекторията на светлината.“
Техника за „революция в медицинската образна диагностика“
Някои от приложенията на новата техника включват изобразяване на мозъка, диагностика на кожни заболявания и идентифициране на тумори в различни органи. Методът може да включва ръчно устройство или кожен пластир, в зависимост от зоната, която се нуждае от мониторинг.
Чрез простото му прилагане върху повърхността на кожата, медицинските специалисти биха могли да получат изображения на вътрешни органи без потенциалните странични ефекти и неприятните ефекти на ендоскопията.
„Възможността да предавате изображения от органи, като мозъка, без да е необходимо да се поставят физически оптични компоненти, ще осигури важна алтернатива на имплантирането на инвазивни ендоскопи в тялото.“
Майсам Чаманзар
„Този метод може да направи революция в областта на биомедицинските изображения“, добавя той.
„Мътната среда винаги се е смятала за пречка за оптичното изобразяване“, добавя съавторът Скопелити. "Но ние показахме, че такива медии могат да бъдат превърнати в съюзници, за да помогнат на светлината да достигне желаната цел."
„Когато активираме ултразвук с правилния модел, мътната среда веднага става прозрачна. Вълнуващо е да се мисли за потенциалното въздействие на този метод върху широк спектър от области от биомедицински приложения до компютърно зрение. "
