Koniec endoskopie? Nová technika môže byť budúcnosťou lekárskeho zobrazovania
Prelomový výskum predstavuje inovatívnu zobrazovaciu techniku, ktorá pomocou ultrazvuku poskytuje neinvazívnym spôsobom hĺbkové snímky.
Endoskopia je v súčasnosti jednou z najbežnejších metód na lekárske zobrazovanie.Medzi jeho použitia patrí diagnostika stavov, ktoré ovplyvňujú pľúca, hrubé črevo, hrdlo a gastrointestinálny trakt.
Počas endoskopie vložia zdravotnícki pracovníci endoskop - dlhú tenkú trubicu so silným svetlom a na konci malú kameru - do malého otvoru, napríklad do úst alebo do malého rezu, ktorý urobí chirurg.
Endoskopie sú invazívnym zákrokom, aj keď minimálne. Môžu vytvárať nepríjemné pocity a nie sú bez rizík. Medzi potenciálne vedľajšie účinky endoskopií patrí nadmerné nasadenie, kŕče, pretrvávajúca bolesť alebo dokonca perforácia tkaniva a menšie vnútorné krvácanie.
Inovatívny objav teraz môže endoskopiu úplne ukončiť. Maysam Chamanzar, odborný asistent elektrotechniky a počítačového inžinierstva na Carnegie Mellon University v Pittsburghu v Pensylvánii, a Matteo Giuseppe Scopelliti, doktorský pracovník rovnakého oddelenia, vyvinuli neinvazívnu ultrazvukovú zobrazovaciu techniku, ktorá sľubuje náhradu endoskopu.
Vedci podrobne popisujú svoju novú techniku v časopise Svetlo: Veda a aplikácie.
Výmena fyzického objektívu za virtuálny
Chamanzar a Scopelliti vo svojom príspevku vysvetľujú, že biologické tkanivo ako zakalené (alebo husté a nepriehľadné) médium obmedzuje možnosti optických metód.
Tkanivo je konkrétne vyrobené z veľkých častíc a membrán a obmedzuje hĺbku a rozlíšenie optických snímok, „najmä vo viditeľnom a blízkom infračervenom rozsahu spektra“.
Nová technika však využíva ultrazvuk na vytvorenie „virtuálnej šošovky“ v tele namiesto zavedenia fyzickej. Operátor potom môže nastaviť šošovku „zmenou ultrazvukových tlakových vĺn vo vnútri média“, píšu autori, a preto pomocou neinvazívnych prostriedkov vytvorí hĺbkové snímky, ktoré predtým nikdy neboli prístupné.
Ultrazvukové vlny môžu stlačiť alebo zriediť médium, do ktorého preniknú. Svetlo prechádza pomalšie cez stlačené médium a rýchlejšie pri zriedenom médiu.
Autori vysvetľujú, že boli schopní vytvoriť virtuálny objektív pomocou tohto efektu kompresie / zriedenia:
„Keď sa ultrazvukové vlny šíria cez médium, modulujú jeho hustotu a tým aj jeho lokálny index lomu; médium je stlačené v oblastiach s vysokým tlakom, čo vedie k vyššej hustote, zatiaľ čo v oblastiach s podtlakom je zriedka zriedené. “
"Výsledkom je, že píšu," tlaková stojatá vlna vytvára kontrast lokálneho indexu lomu. "
Okrem toho nastavenie alebo prekonfigurovanie ultrazvukových vĺn zvonka môže pohybovať šošovkou okolo média, čo mu umožňuje cestovať do rôznych oblastí a fotografovať v rôznych hĺbkach.
"Pomocou ultrazvukových vĺn sme vytvarovali virtuálnu optickú reléovú šošovku v danom cieľovom médiu, ktorým môže byť napríklad biologické tkanivo," hovorí Chamanzar. "Preto sa tkanivo zmení na šošovku, ktorá nám pomáha zachytiť a sprostredkovať obrazy hlbších štruktúr."
Vedec ďalej vysvetľuje, ako táto technika funguje a prečo je pokrokovým krokom pri vizualizácii vnútra tela.
„To, čo odlišuje našu prácu od konvenčných akusticko-optických metód, je, že na ovplyvnenie svetla pri jeho šírení médiom používame samotné cieľové médium, ktorým môže byť biologické tkanivo,“ pokračuje Chamanzar. "Táto interakcia in situ poskytuje príležitosti na vyváženie [prekážok], ktoré narúšajú dráhu svetla."
Technika „revolúcie v lekárskom zobrazovaní“
Medzi aplikácie novej techniky patrí napríklad zobrazovanie mozgu, diagnostika kožných ochorení a identifikácia nádorov v rôznych orgánoch. Metóda môže zahŕňať vreckové zariadenie alebo kožnú náplasť v závislosti od oblasti, ktorú je potrebné monitorovať.
Jednoduchým nanesením na povrch pokožky môžu zdravotnícki pracovníci získať obrázky vnútorných orgánov bez možných vedľajších účinkov a nepríjemných následkov endoskopie.
"Schopnosť prenášať obrázky z orgánov, ako je mozog, bez nutnosti vkladania fyzických optických komponentov, bude dôležitou alternatívou k implantácii invazívnych endoskopov do tela."
Majsám Chamanzar
„Táto metóda môže spôsobiť revolúciu v oblasti biomedicínskeho zobrazovania,“ dodáva.
„Zakalené médiá boli vždy považované za prekážky optického zobrazovania,“ dodáva spoluautor Scopelliti. "Ukázali sme však, že takéto médiá je možné previesť na spojencov, aby svetlo pomohlo dosiahnuť požadovaný cieľ."
"Keď aktivujeme ultrazvuk so správnym vzorom, zakalené médium sa okamžite stane priehľadným." Je vzrušujúce premýšľať o možnom dopade tejto metódy na širokú škálu oblastí od biomedicínskych aplikácií po počítačové videnie. “
