Endoskopian loppu? Uusi tekniikka voi olla lääketieteellisen kuvantamisen tulevaisuus
Läpimurtotutkimus esittelee innovatiivisen kuvantamistekniikan, joka käyttää ultraääniä tuottamaan syvällisiä kuvia ei-invasiivisella tavalla.
Endoskopia on tällä hetkellä yksi yleisimmistä menetelmistä lääketieteellisessä kuvantamisessa.Sen käyttötarkoituksiin kuuluu keuhkoihin, paksusuoleen, kurkkuun ja ruoansulatuskanavaan vaikuttavien tilojen diagnosointi.
Endoskopian aikana lääketieteen ammattilaiset asettavat endoskoopin - pitkän, ohuen putken, jolla on voimakas valo, ja pienen kameran päässä - pieneen aukkoon, kuten suuhun tai pieneen viilloon, jonka kirurgi tekee.
Endoskoopit ovat invasiivisia toimenpiteitä, tosin minimaalisesti. Ne voivat aiheuttaa epämukavuutta eivätkä ole vaarattomia. Endoskooppien mahdollisia haittavaikutuksia ovat ylikuormitus, kouristukset, jatkuva kipu tai jopa kudoksen perforaatio ja vähäinen sisäinen verenvuoto.
Nyt innovatiivinen löytö saattaa lopettaa endoskopian kokonaan. Maysam Chamanzar, apulaisprofessori sähkö- ja tietotekniikasta Carnegie Mellon Universityssä Pittsburghissa, Pennsylvania, ja Matteo Giuseppe Scopelliti, saman osaston tohtoritutkija, ovat kehittäneet ei-invasiivisen ultraäänikuvantamistekniikan, joka lupaa korvata endoskoopin.
Tutkijat kuvaavat päiväkirjaansa uudella tekniikallaan Valo: Tiede ja sovellukset.
Fyysisen linssin korvaaminen virtuaalisella
Chamanzar ja Scopelliti selittävät paperissaan, että biologinen kudos, joka on samea (tai tiheä ja läpinäkymätön) väliaine, rajoittaa optisten menetelmien mahdollisuuksia.
Erityisesti kudos on valmistettu suurista hiukkasista ja kalvoista, ja se rajoittaa optisten kuvien syvyyttä ja tarkkuutta, "erityisesti spektrin näkyvällä ja lähellä infrapuna-alueella".
Uusi tekniikka kuitenkin käyttää ultraääntä kehon "virtuaalilinssin" luomiseen fyysisen sijasta. Käyttäjä voi sitten säätää linssiä "vaihtamalla ultraäänen paineaaltoja väliaineen sisällä", kirjoittavat kirjoittajat, ja ota siis syvällisiä kuvia, joihin ei ollut koskaan aiemmin päässyt, käyttämällä ei-invasiivisia keinoja.
Ultraääniaallot voivat puristaa tai harvinaistaa väliaineen, johon ne tunkeutuvat. Valo kulkee hitaammin pakattujen materiaalien läpi ja nopeammin harvinaisissa aineissa.
Kirjoittajat selittävät, että he pystyivät luomaan virtuaalilinssin käyttämällä tätä pakkaus- / harvennusvaikutusta:
"Kun ultraääniaallot etenevät väliaineen läpi, ne moduloivat sen tiheyttä ja siten paikallista taitekerrointa; väliaine puristetaan korkeapainealueilla, mikä johtaa suurempaan tiheyteen, kun taas se on harvinaista alipainealueilla, joilla paikallinen tiheys pienenee. "
"Tämän seurauksena", he kirjoittavat, "paine seisova aalto luo paikallisen taitekerroinkontrastin."
Lisäksi ultraääniaaltojen säätäminen tai konfiguroiminen ulkopuolelta voi siirtää linssin ympäri väliaineen sisällä, jolloin se voi matkustaa eri alueille ja ottaa kuvia eri syvyydessä.
"Käytimme ultraääniaaltoja virtuaalisen optisen relelinssin veistämiseen tietyssä kohdevälineessä, joka voi esimerkiksi olla biologista kudosta", Chamanzar sanoo. "Siksi kudos muuttuu linssiksi, joka auttaa meitä sieppaamaan ja välittämään kuvia syvemmistä rakenteista."
Tutkija selittää edelleen, miten tekniikka toimii ja miksi se on progressiivinen askel visualisoimaan kehon sisällä.
"Työmme erottaa tavanomaisista akustooptisista menetelmistä on se, että käytämme itse kohdealustaa, joka voi olla biologista kudosta, vaikuttamaan valoon, kun se leviää väliaineen läpi", jatkaa Chamanzar. "Tämä in situ -vuorovaikutus tarjoaa mahdollisuuden tasapainottaa [esteitä], jotka häiritsevät valon liikerataa."
Tekniikka lääketieteellisen kuvantamisen mullistamiseksi
Jotkut uuden tekniikan sovelluksista sisältävät aivojen kuvantamisen, ihosairauksien diagnosoinnin ja kasvainten tunnistamisen eri elimissä. Menetelmään voisi kuulua kädessä pidettävä laite tai iholaastari seurannan tarpeesta riippuen.
Yksinkertaisesti levittämällä sitä ihon pinnalle terveydenhuollon ammattilaiset voisivat saada kuvia sisäelimistä ilman endoskopian mahdollisia sivuvaikutuksia ja epämiellyttäviä vaikutuksia.
"Mahdollisuus välittää kuvia elimistä, kuten aivoista, ilman fyysisten optisten komponenttien asettamista, tarjoaa tärkeän vaihtoehdon invasiivisten endoskooppien istuttamiseen kehoon."
Maysam Chamanzar
"Tämä menetelmä voi mullistaa biolääketieteen kuvantamisen", hän lisää.
"Sameaa mediaa on aina pidetty esteinä optisen kuvantamisen kannalta", lisää kirjoittaja Scopelliti. "Mutta olemme osoittaneet, että tällainen media voidaan muuntaa liittolaisiksi, jotta valo saavuttaisi halutun tavoitteen."
”Kun aktivoimme ultraäänen oikealla kuviolla, samea väliaine muuttuu välittömästi läpinäkyväksi. On mielenkiintoista ajatella tämän menetelmän mahdollisia vaikutuksia monilla aloilla biolääketieteellisistä sovelluksista tietokonenäköön. "
