Το τέλος της ενδοσκόπησης; Η νέα τεχνική μπορεί να είναι το μέλλον της ιατρικής απεικόνισης
Η πρωτοποριακή έρευνα παρουσιάζει μια καινοτόμο τεχνική απεικόνισης που χρησιμοποιεί υπερήχους για να παρέχει σε βάθος εικόνες με μη επεμβατικό τρόπο.
Η ενδοσκόπηση είναι μια από τις πιο κοινές μεθόδους ιατρικής απεικόνισης.Οι χρήσεις του περιλαμβάνουν τη διάγνωση καταστάσεων που επηρεάζουν τους πνεύμονες, το παχύ έντερο, το λαιμό και τη γαστρεντερική οδό.
Κατά τη διάρκεια μιας ενδοσκόπησης, οι επαγγελματίες του ιατρού εισάγουν ένα ενδοσκόπιο - έναν μακρύ, λεπτό σωλήνα με έντονο φως και μια μικρή κάμερα στο τέλος - σε ένα μικρό άνοιγμα, όπως το στόμα ή μια μικρή τομή που κάνει ένας χειρουργός.
Οι ενδοσκοπίες είναι επεμβατική διαδικασία, έστω και ελάχιστα. Μπορούν να δημιουργήσουν δυσφορία και δεν είναι χωρίς κινδύνους. Πιθανές παρενέργειες των ενδοσκοπίων περιλαμβάνουν υπερβολή, κράμπες, επίμονο πόνο ή ακόμη και διάτρηση ιστού και μικρή εσωτερική αιμορραγία.
Τώρα, μια καινοτόμος ανακάλυψη μπορεί να τερματίσει εντελώς την ενδοσκόπηση. Ο Maysam Chamanzar, επίκουρος καθηγητής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών στο Πανεπιστήμιο Carnegie Mellon στο Πίτσμπουργκ της Πενσυλβανίας και ο Matteo Giuseppe Scopelliti, διδακτορικός ερευνητής στο ίδιο τμήμα, έχουν επινοήσει μια μη επεμβατική τεχνική απεικόνισης υπερήχων που υπόσχεται να αντικαταστήσει το ενδοσκόπιο.
Οι ερευνητές αναλύουν τη νέα τους τεχνική στο περιοδικό Φως: Επιστήμη και εφαρμογές.
Αντικατάσταση του φυσικού φακού με εικονικό
Οι Chamanzar και Scopelliti εξηγούν στην εργασία τους ότι ο βιολογικός ιστός, που είναι θολό (ή πυκνό και αδιαφανές) μέσο, περιορίζει τις δυνατότητες των οπτικών μεθόδων.
Συγκεκριμένα, ο ιστός είναι κατασκευασμένος από μεγάλα σωματίδια και μεμβράνες και περιορίζει το βάθος και την ανάλυση των οπτικών εικόνων, "ειδικά στην ορατή και πλησίον υπέρυθρη περιοχή του φάσματος."
Η νέα τεχνική, ωστόσο, χρησιμοποιεί υπερήχους για να επινοήσει έναν «εικονικό φακό» στο σώμα αντί να εισάγει έναν φυσικό. Ο χειριστής μπορεί στη συνέχεια να προσαρμόσει το φακό «αλλάζοντας τα κύματα πίεσης υπερήχων μέσα στο μέσο», γράφουν οι συγγραφείς και έτσι λαμβάνει σε βάθος εικόνες που δεν ήταν ποτέ προσιτές, χρησιμοποιώντας μη επεμβατικά μέσα.
Τα κύματα υπερήχων μπορούν να συμπιέσουν ή να σπάνια το μέσο που διεισδύουν. Το φως ταξιδεύει πιο αργά μέσω συμπιεσμένων μέσων και πιο γρήγορα σε σπάνια μέσα.
Οι συγγραφείς εξηγούν ότι μπόρεσαν να δημιουργήσουν τον εικονικό φακό χρησιμοποιώντας αυτό το εφέ συμπίεσης / σπάνιας:
«Καθώς τα υπερηχητικά κύματα διαδίδονται μέσω του μέσου, ρυθμίζουν την πυκνότητά του και ως εκ τούτου τον τοπικό δείκτη διάθλασής του. το μέσο συμπιέζεται στις περιοχές υψηλής πίεσης, με αποτέλεσμα υψηλότερη πυκνότητα, ενώ σπάνια στις περιοχές αρνητικής πίεσης όπου μειώνεται η τοπική πυκνότητα. "
«Ως αποτέλεσμα», γράφουν, «το κύμα όρθιας πίεσης δημιουργεί μια τοπική αντίθεση διαθλαστικού δείκτη».
Επιπλέον, η ρύθμιση ή η διαμόρφωση των υπερήχων κύματα από το εξωτερικό μπορεί να μετακινήσει το φακό μέσα στο μέσο, επιτρέποντάς του να ταξιδέψει σε διαφορετικές περιοχές και να τραβήξει εικόνες σε διαφορετικά βάθη.
«Χρησιμοποιήσαμε κύματα υπερήχων για να χαράξουμε έναν εικονικό οπτικό ρελέ μέσα σε ένα δεδομένο μέσο στόχο, το οποίο, για παράδειγμα, μπορεί να είναι βιολογικός ιστός», λέει ο Chamanzar. «Επομένως, ο ιστός μετατρέπεται σε φακό που μας βοηθά να τραβήξουμε και να μεταφέρουμε τις εικόνες των βαθύτερων δομών».
Ο ερευνητής εξηγεί περαιτέρω πώς λειτουργεί η τεχνική και γιατί είναι ένα προοδευτικό βήμα για την οπτικοποίηση μέσα στο σώμα.
«Αυτό που διακρίνει τη δουλειά μας από τις συμβατικές ακουστικές οπτικές μεθόδους είναι ότι χρησιμοποιούμε το ίδιο το μέσο-στόχο, το οποίο μπορεί να είναι βιολογικός ιστός, για να επηρεάσουμε το φως καθώς διαδίδεται μέσω του μέσου», συνεχίζει ο Chamanzar. «Αυτή η επί τόπου αλληλεπίδραση παρέχει ευκαιρίες αντιστάθμισης των [εμποδίων] που διαταράσσουν την πορεία του φωτός.»
Τεχνική για «επανάσταση στην ιατρική απεικόνιση»
Μερικές από τις εφαρμογές της νέας τεχνικής περιλαμβάνουν την απεικόνιση του εγκεφάλου, τη διάγνωση των καταστάσεων του δέρματος και τον εντοπισμό όγκων σε διάφορα όργανα. Η μέθοδος θα μπορούσε να περιλαμβάνει μια φορητή συσκευή ή έμπλαστρο δέρματος, ανάλογα με την περιοχή που χρειάζεται παρακολούθηση.
Με την απλή εφαρμογή του στην επιφάνεια του δέρματος, οι επαγγελματίες του τομέα της υγείας θα μπορούσαν να λάβουν εικόνες εσωτερικών οργάνων χωρίς τις πιθανές παρενέργειες και τη δυσάρεστη ενδοσκόπηση.
«Η δυνατότητα αναμετάδοσης εικόνων από όργανα, όπως ο εγκέφαλος, χωρίς την ανάγκη εισαγωγής φυσικών οπτικών συστατικών θα προσφέρει μια σημαντική εναλλακτική λύση στην εμφύτευση διεισδυτικών ενδοσκοπίων στο σώμα».
Maysam Chamanzar
«Αυτή η μέθοδος μπορεί να φέρει επανάσταση στον τομέα της βιοϊατρικής απεικόνισης», προσθέτει.
«Τα θολά μέσα ενημέρωσης θεωρούνταν πάντα εμπόδια για την οπτική απεικόνιση», προσθέτει ο συν-συγγραφέας Scopelliti. «Αλλά έχουμε δείξει ότι τέτοια μέσα μπορούν να μετατραπούν σε συμμάχους για να βοηθήσουν το φως να φτάσει στον επιθυμητό στόχο».
«Όταν ενεργοποιούμε τον υπέρηχο με το σωστό μοτίβο, το θολό μέσο γίνεται αμέσως διαφανές. Είναι συναρπαστικό να σκεφτόμαστε τον πιθανό αντίκτυπο αυτής της μεθόδου σε ένα ευρύ φάσμα τομέων, από βιοϊατρικές εφαρμογές έως όραμα υπολογιστή. "
