Endoskoopia lõpp? Meditsiinilise pildistamise tulevik võib olla uus tehnika
Läbimurdeuuringud tutvustavad uuenduslikku pildistamistehnikat, mis kasutab ultraheli, et pakkuda põhjalikke pilte mitteinvasiivsel viisil.
Endoskoopia on praegu meditsiinilise pildistamise üks levinumaid meetodeid. Selle kasutusalad hõlmavad kopsude, käärsoole, kurgu ja seedetrakti mõjutavate seisundite diagnoosimist.
Endoskoopia ajal sisestavad meditsiinitöötajad endoskoobi - pika õhukese toru, millel on tugev valgus ja otsas väike kaamera - väikesesse avausse, nagu suu või väike sisselõige, mille kirurg teeb.
Endoskoopiad on invasiivne protseduur, ehkki minimaalselt. Need võivad tekitada ebamugavusi ja pole riskideta. Endoskoopiate võimalike kõrvaltoimete hulka kuuluvad üleküllus, krambid, püsiv valu või isegi kudede perforatsioon ja väike sisemine verejooks.
Nüüd võib uudne avastus endoskoopiale üldse punkti panna. Pennsylvania osariigis Pittsburghis Carnegie Melloni ülikooli elektri- ja arvutitehnika dotsent Maysam Chamanzar ja sama osakonna doktorant Matteo Giuseppe Scopelliti on välja töötanud mitteinvasiivse ultraheliuuringute tehnika, mis lubab endoskoobi asendada.
Teadlased kirjeldavad ajakirjas oma uudset tehnikat Valgus: teadus ja rakendused.
Füüsilise läätse asendamine virtuaalsega
Chamanzar ja Scopelliti selgitavad oma artiklis, et bioloogiline kude, olles hägune (või tihe ja läbipaistmatu) keskkond, piirab optiliste meetodite võimalusi.
Täpsemalt, kude on valmistatud suurtest osakestest ja membraanidest ning piirab optiliste kujutiste sügavust ja eraldusvõimet, eriti spektri nähtavas ja lähedases infrapunakiirguses.
Uus tehnika kasutab aga füüsilise sisestamise asemel ultraheli abil keha “virtuaalse objektiivi” väljatöötamist. Seejärel saab operaator objektiivi reguleerida, "muutes ultraheli rõhu laineid keskkonnas", kirjutavad autorid, ja tehke mitteinvasiivsete vahenditega põhjalikke pilte, millele varem polnud kunagi juurdepääsu olnud.
Ultrahelilained võivad läbi tunginud keskkonna kokku suruda või haruldaseks muuta. Valgus liigub tihendatud meediumites aeglasemalt ja haruldastes meediumites kiiremini.
Autorid selgitavad, et nad suutsid virtuaalse objektiivi luua selle tihendamise / harulduse vähendamise efekti abil:
„Kui ultrahelilained levivad läbi keskkonna, moduleerivad nad selle tihedust ja seega ka kohaliku murdumisnäitajat; keskkond surutakse kõrgrõhualadel kokku, mille tulemuseks on suurem tihedus, samas kui alarõhualadel, kus lokaalset tihedust vähendatakse, on see haruldane. "
"Selle tulemusel," kirjutavad nad, "põhjustab rõhu seisulaine kohaliku murdumisnäitaja kontrasti."
Pealegi võib ultrahelilainete väljastpoolt reguleerimine või ümberkonfigureerimine objektiivi kandja sees liikuda, võimaldades sellel liikuda erinevatesse piirkondadesse ja teha pilte erinevates sügavustes.
"Me kasutasime ultrahelilainete abil virtuaalset optilist releeobjektiivi antud sihtkeskkonnas, mis võib olla näiteks bioloogiline kude," ütleb Chamanzar. "Seetõttu muudetakse kude läätseks, mis aitab meil sügavamate struktuuride pilte jäädvustada ja edasi anda."
Uurija selgitab lisaks, kuidas tehnika töötab ja miks see on progressiivne samm keha sees visualiseerimiseks.
"Meie tööd eristab tavapärastest akustooptilistest meetoditest see, et me kasutame sihtkeskkonda ennast, mis võib olla bioloogiline kude, valguse mõjutamiseks selle levimisel läbi keskkonna," jätkab Chamanzar. "See kohapealne suhtlus annab võimaluse tasakaalustada [takistusi], mis häirivad valguse trajektoori."
Meditsiinilise pildistamise revolutsiooniline tehnika
Mõned uue tehnika rakendused hõlmavad ajukuvamist, nahahaiguste diagnoosimist ja kasvajate tuvastamist erinevates elundites. Meetod võib hõlmata pihuseadet või nahaplaastrit, sõltuvalt piirkonnast, mis vajab jälgimist.
Lihtsalt naha pinnale kandes saaksid tervishoiutöötajad saada siseorganite pilte ilma endoskoopia võimalike kõrvaltoimete ja ebameeldivusteta.
"Võimalus organite, näiteks aju, piltide edastamiseks ilma füüsiliste optiliste komponentide sisestamiseta on oluline alternatiiv invasiivsete endoskoopide implanteerimisele kehasse."
Maysam Chamanzar
"See meetod võib muuta biomeditsiinilise pildistamise valdkonna murranguliseks," lisab ta.
"Hägusat meediat on alati peetud optilise pildistamise takistusteks," lisab kaasautor Scopelliti. "Kuid me oleme näidanud, et sellist meediat saab muuta liitlasteks, et valgus jõuaks soovitud sihtmärgini."
„Kui aktiveerime õige mustriga ultraheli, muutub hägune keskkond kohe läbipaistvaks. Põnev on mõelda selle meetodi võimaliku mõju üle paljudele valdkondadele alates biomeditsiinilistest rakendustest kuni arvutinägemiseni. "
