Slutningen af endoskopi? Ny teknik kan være fremtiden for medicinsk billeddannelse
Banebrydende forskning viser en innovativ billedteknik, der bruger ultralyd til at give dybdegående billeder på en ikke-invasiv måde.
Endoskopi er i øjeblikket en af de mest almindelige metoder til medicinsk billeddannelse.Dens anvendelser inkluderer diagnosticering af tilstande, der påvirker lungerne, tyktarmen, halsen og mave-tarmkanalen.
Under en endoskopi indsætter læger et endoskop - et langt, tyndt rør med et stærkt lys og et lille kamera i slutningen - i en lille åbning, såsom munden eller et lille snit, som en kirurg laver.
Endoskopier er en invasiv procedure, dog minimalt. De kan skabe ubehag og er ikke uden risici. Potentielle bivirkninger af endoskopier inkluderer overdreven dæmpning, kramper, vedvarende smerter eller endda vævsperforering og mindre indre blødninger.
Nu kan en innovativ opdagelse muligvis sætte en stopper for endoskopi helt. Maysam Chamanzar, en assisterende professor i elektroteknik og computerteknik ved Carnegie Mellon University i Pittsburgh, Pennsylvania, og Matteo Giuseppe Scopelliti, en doktorgradsforsker i samme afdeling, har udtænkt en ikke-invasiv ultralydsbilleddannelsesteknik, der lover at erstatte endoskopet.
Forskerne beskriver deres nye teknik i tidsskriftet Lys: Videnskab og applikationer.
Udskiftning af den fysiske linse med en virtuel
Chamanzar og Scopelliti forklarer i deres papir, at biologisk væv, der er et uklart (eller tæt og uigennemsigtigt) medium, begrænser mulighederne for optiske metoder.
Specifikt er vævet lavet af store partikler og membraner og begrænser dybden og opløsningen af optiske billeder, "især i det synlige og nær infrarøde område af spektret."
Den nye teknik bruger dog ultralyd til at udtænke en "virtuel linse" i kroppen i stedet for at indsætte en fysisk. Operatøren kan derefter justere linsen ved at "ændre ultralyds trykbølger inde i mediet", skriver forfatterne, og så tage dybdegående billeder, der aldrig var tilgængelige før, ved hjælp af ikke-invasive midler.
Ultralydbølger kan komprimere eller sjældne det medium, de trænger igennem. Lys bevæger sig langsommere gennem komprimerede medier og hurtigere i sjældne medier.
Forfatterne forklarer, at de var i stand til at skabe den virtuelle linse ved hjælp af denne komprimerings- / sjældenhedseffekt:
”Når ultralydsbølgerne spredes gennem mediet, modulerer de dens densitet og dermed dets lokale brydningsindeks; mediet komprimeres i højtryksregionerne, hvilket resulterer i en højere tæthed, mens det sjældent forekommer i områderne med undertryk, hvor den lokale tæthed reduceres. ”
"Som et resultat," skriver de, "skaber den trykstående bølge en lokal brydningsindekskontrast."
Desuden kan justering eller omkonfigurering af ultralydsbølger udefra bevæge linsen rundt i mediet, så det kan rejse til forskellige regioner og tage billeder i forskellige dybder.
”Vi brugte ultralydsbølger til at forme en virtuel optisk relælinse inden for et givet målmedium, som f.eks. Kan være biologisk væv,” siger Chamanzar. "Derfor omdannes vævet til en linse, der hjælper os med at fange og videreformidle billederne af dybere strukturer."
Forskeren forklarer yderligere, hvordan teknikken fungerer, og hvorfor den er et progressivt trin til visualisering inde i kroppen.
”Hvad der adskiller vores arbejde fra konventionelle akustisk-optiske metoder er, at vi bruger selve målmediet, som kan være biologisk væv, til at påvirke lyset, når det spredes gennem mediet,” fortsætter Chamanzar. "Denne in situ-interaktion giver muligheder for at opveje de [forhindringer], der forstyrrer lysets bane."
Teknik til at 'revolutionere medicinsk billeddannelse'
Nogle af anvendelserne af den nye teknik inkluderer hjernedannelse, diagnosticering af hudtilstande og identifikation af tumorer i forskellige organer. Metoden kan involvere en håndholdt enhed eller hudplaster afhængigt af det område, der skal overvåges.
Ved blot at anvende det på hudoverfladen kunne sundhedspersonale få billeder af indre organer uden de mulige bivirkninger og ubehag ved en endoskopi.
"At være i stand til at videreformidle billeder fra organer, såsom hjernen, uden behov for at indsætte fysiske optiske komponenter vil give et vigtigt alternativ til at implantere invasive endoskoper i kroppen."
Maysam Chamanzar
”Denne metode kan revolutionere inden for biomedicinsk billeddannelse,” tilføjer han.
”Uklare medier er altid blevet betragtet som hindringer for optisk billeddannelse,” tilføjer medforfatter Scopelliti. "Men vi har vist, at sådanne medier kan konverteres til allierede for at hjælpe lyset med at nå det ønskede mål."
”Når vi aktiverer ultralyd med det rigtige mønster, bliver det uklare medium straks gennemsigtigt. Det er spændende at tænke over den potentielle indvirkning af denne metode på en lang række områder fra biomedicinske applikationer til computersyn. ”
