Az endoszkópia vége? Új technika lehet az orvosi képalkotás jövője
Az áttöréses kutatás egy olyan innovatív képalkotó technikát mutat be, amely ultrahang segítségével nem invazív módon nyújt mélyreható képeket.
Az endoszkópia jelenleg az orvosi képalkotás egyik legelterjedtebb módszere.Felhasználásai között szerepel a tüdőt, a vastagbelet, a torkot és a gyomor-bél traktust érintő állapotok diagnosztizálása.
Az endoszkópia során az egészségügyi szakemberek egy endoszkópot - egy hosszú, vékony, erős fényű csövet és a végén egy kis kamerát - helyeznek egy kis nyílásba, például a szájba vagy egy apró bemetszésre, amelyet egy sebész végez.
Az endoszkópiák invazív eljárás, bár minimálisan. Kellemetlenséget okozhatnak, és nem kockázatmentesek. Az endoszkópiák lehetséges mellékhatásai közé tartozik a túlfeszültség, görcsök, tartós fájdalom vagy akár a szöveti perforáció és kisebb belső vérzés.
Most egy innovatív felfedezés egyáltalán véget vethet az endoszkópiának. Maysam Chamanzar, a pittsburghi (Pennsylvania) Carnegie Mellon Egyetem villamos- és számítástechnikai adjunktusa, valamint Matteo Giuseppe Scopelliti, ugyanazon tanszék doktori kutatója kidolgozott egy nem invazív ultrahangos képalkotó technikát, amely az endoszkóp helyettesítését ígéri.
A kutatók újságtechnikájukat részletezik a folyóiratban Fény: Tudomány és alkalmazások.
A fizikai lencse cseréje egy virtuális lencsére
Chamanzar és Scopelliti cikkükben kifejtik, hogy a biológiai szövet zavaros (vagy sűrű és átlátszatlan) közegként korlátozza az optikai módszerek lehetőségeit.
Pontosabban, a szövet nagy részecskékből és membránokból áll, és korlátozza az optikai képek mélységét és felbontását, „különösen a spektrum látható és közeli infravörös tartományában”.
Az új technika azonban ultrahang segítségével fizikális behelyezés helyett egy „virtuális lencsét” tervez a testben. Ezután a kezelő beállíthatja a lencsét azáltal, hogy „megváltoztatja az ultrahangos nyomáshullámokat a közeg belsejében” - írják a szerzők, és így olyan mélységű képeket készíthet, amelyek korábban soha nem voltak elérhetőek, nem invazív eszközökkel.
Az ultrahanghullámok összenyomhatják vagy ritkíthatják a behatolt közeget. A fény lassabban halad át a tömörített adathordozókon, és gyorsabban a ritkított adathordozókon.
A szerzők elmagyarázzák, hogy a virtuális lencsét ennek a tömörítési / ritkasági effektusnak a felhasználásával tudták létrehozni:
„Ahogy az ultrahangos hullámok a közegen keresztül terjednek, modulálják a sűrűségét és ezáltal a helyi törésmutatóját; a közeg a nagynyomású területeken összenyomódik, ami nagyobb sűrűséget eredményez, míg a negatív nyomású területeken ritka, ahol a helyi sűrűség csökken. "
„Ennek eredményeként - írják - a nyomás álló hulláma helyi törésmutató-kontrasztot hoz létre.”
Ezenkívül az ultrahanghullámok kívülről történő beállítása vagy újrakonfigurálása mozgathatja a lencsét a közeg belsejében, lehetővé téve a különböző régiókba való utazást és különböző mélységben történő képek készítését.
"Ultrahanghullámokat használtunk egy virtuális optikai relé lencséjének megformálásához egy adott célközegben, amely például biológiai szövet lehet" - mondja Chamanzar. "Ezért a szövet lencsévé válik, amely segít megragadni és továbbítani a mélyebb struktúrák képeit."
A kutató tovább elmagyarázza, hogyan működik a technika, és miért ez a test belsejében való megjelenítés progresszív lépése.
"Ami megkülönbözteti munkánkat a hagyományos akusztikai optikai módszerektől, az az, hogy magát a célközeget, amely biológiai szövet lehet, arra használjuk, hogy befolyásolja a fényt, amikor az a közegen keresztül terjed" - folytatja Chamanzar. "Ez az in situ interakció lehetőséget nyújt a fény pályáját megzavaró [akadályok] ellensúlyozására."
Az orvosi képalkotás forradalmasításának technikája
Az új technika alkalmazásainak egy része magában foglalja az agy képalkotását, a bőrbetegségek diagnosztizálását és a különböző szervekben található daganatok azonosítását. A módszer magában foglalhat egy kézi eszközt vagy bőrfoltot, attól függően, hogy mely területre van szükség.
Egyszerűen a bőr felszínén alkalmazva az egészségügyi szakemberek az endoszkópia lehetséges mellékhatásai és kellemetlenségei nélkül képet kaphatnak a belső szervekről.
"Az a képesség, hogy képeket továbbíthatunk szervekből, például az agyból, anélkül, hogy fizikai optikai alkatrészeket kellene behelyezni, fontos alternatívát jelent az invazív endoszkópok testbe történő beültetéséhez."
Maysam Chamanzar
"Ez a módszer forradalmasíthatja az orvosbiológiai képalkotás területét" - teszi hozzá.
"A zavaros adathordozókat mindig az optikai képalkotás akadályainak tekintették" - teszi hozzá Scopelliti társszerző. "De megmutattuk, hogy az ilyen médiumok szövetségesekké alakíthatók, hogy a fény elérje a kívánt célt."
„Amikor a megfelelő mintával aktiváljuk az ultrahangot, a zavaros közeg azonnal átlátszóvá válik. Izgalmas elgondolkodni ezen módszer lehetséges hatásain a biomedicinális alkalmazásoktól kezdve a számítógépes látásig. "
