Akhir endoskopi? Teknik baru mungkin masa depan pengimejan perubatan
Penyelidikan terobosan mempamerkan teknik pengimejan inovatif yang menggunakan ultrasound untuk memberikan gambar yang mendalam dengan cara yang tidak invasif.
Endoskopi kini merupakan salah satu kaedah yang paling biasa untuk pengimejan perubatan.Kegunaannya termasuk mendiagnosis keadaan yang mempengaruhi paru-paru, usus besar, tekak, dan saluran gastrousus.
Semasa endoskopi, profesional perubatan memasukkan endoskopi - tiub nipis panjang dengan cahaya kuat dan kamera kecil di hujungnya - ke dalam bukaan kecil, seperti mulut atau sayatan kecil yang dibuat oleh pakar bedah.
Endoskopi adalah prosedur invasif, walaupun secara minimum. Mereka boleh menimbulkan rasa tidak selesa dan bukan tanpa risiko. Kesan sampingan yang berpotensi dari endoskopi termasuk berlebihan, kekejangan, kesakitan berterusan, atau bahkan perforasi tisu dan pendarahan dalaman kecil.
Kini, penemuan inovatif dapat mengakhiri endoskopi sama sekali. Maysam Chamanzar, penolong profesor kejuruteraan elektrik dan komputer di Carnegie Mellon University di Pittsburgh, Pennsylvania, dan Matteo Giuseppe Scopelliti, seorang penyelidik doktor di jabatan yang sama, telah merancang teknik pengimejan ultrasound yang tidak invasif yang berjanji untuk menggantikan endoskopi.
Para penyelidik memperincikan teknik novel mereka dalam jurnal Cahaya: Sains dan Aplikasi.
Menggantikan lensa fizikal dengan lensa maya
Chamanzar dan Scopelliti menjelaskan dalam makalah mereka bahawa tisu biologi, menjadi medium yang keruh (atau padat dan legap), membatasi kemungkinan kaedah optik.
Secara khusus, tisu terbuat dari zarah dan membran besar dan membatasi kedalaman dan resolusi citra optik, "terutama dalam jarak spektrum inframerah yang dapat dilihat dan dekat."
Teknik baru, bagaimanapun, menggunakan ultrasound untuk merancang "lensa maya" di dalam badan dan bukannya memasukkan yang fizikal. Pengendali kemudian dapat menyesuaikan lensa dengan "mengubah gelombang tekanan ultrasonik di dalam media," tulis penulis, dan dengan demikian mengambil gambar mendalam yang tidak pernah dapat diakses sebelumnya, menggunakan cara yang tidak invasif.
Gelombang ultrasonik dapat memampatkan atau menyedari medium yang ditembusi. Cahaya bergerak lebih perlahan melalui media termampat, dan lebih cepat di media jarang.
Penulis menerangkan bahawa mereka dapat membuat lensa maya dengan menggunakan kesan mampatan / rarefaction ini:
"Ketika gelombang ultrasonik menyebar melalui media, mereka memodulasi kepadatannya dan oleh itu indeks bias tempatan; medium dimampatkan di kawasan tekanan tinggi, menghasilkan kepadatan yang lebih tinggi, sementara jarang di kawasan tekanan negatif di mana kepadatan tempatan dikurangkan. "
"Hasilnya," tulis mereka, "gelombang tekanan membuat kontras indeks bias tempatan."
Lebih-lebih lagi, menyesuaikan atau mengkonfigurasi ulang gelombang ultrasound dari luar dapat menggerakkan lensa ke dalam media, memungkinkannya bergerak ke kawasan yang berlainan dan mengambil gambar pada kedalaman yang berbeza.
"Kami menggunakan gelombang ultrasound untuk memahat lensa relay optik maya dalam media sasaran tertentu, yang, misalnya, boleh menjadi tisu biologi," kata Chamanzar. "Oleh itu, tisu diubah menjadi lensa yang membantu kita menangkap dan menyampaikan gambar struktur yang lebih dalam."
Penyelidik seterusnya menerangkan bagaimana teknik ini berfungsi dan mengapa ia merupakan langkah progresif untuk memvisualisasikan di dalam badan.
"Apa yang membezakan pekerjaan kami dengan kaedah akustik-optik konvensional adalah kita menggunakan medium sasaran itu sendiri, yang boleh menjadi tisu biologi, untuk mempengaruhi cahaya ketika menyebarkan melalui media," lanjut Chamanzar. "Interaksi in situ ini memberi peluang untuk mengimbangi [rintangan] yang mengganggu lintasan cahaya."
Teknik untuk 'merevolusikan pengimejan perubatan'
Beberapa aplikasi teknik baru termasuk pencitraan otak, mendiagnosis keadaan kulit, dan mengenal pasti tumor di pelbagai organ. Kaedahnya boleh melibatkan alat genggam atau tambalan kulit, bergantung pada kawasan yang perlu dipantau.
Dengan hanya menerapkannya di permukaan kulit, profesional penjagaan kesihatan dapat memperoleh gambar organ dalaman tanpa potensi kesan sampingan dan ketidakselesaan endoskopi.
"Mampu menyampaikan gambar dari organ, seperti otak, tanpa perlu memasukkan komponen optik fizikal akan memberikan alternatif penting untuk menanamkan endoskopi invasif di dalam tubuh."
Maysam Chamanzar
"Kaedah ini dapat merevolusikan bidang pencitraan bioperubatan," tambahnya.
"Media keruh selalu dianggap sebagai halangan untuk pencitraan optik," tambah pengarang bersama Scopelliti. "Tetapi kami telah menunjukkan bahawa media semacam itu dapat diubah menjadi sekutu untuk membantu cahaya mencapai sasaran yang diinginkan."
"Ketika kita mengaktifkan ultrasound dengan corak yang tepat, medium keruh menjadi langsung telus. Sangat menggembirakan untuk memikirkan potensi kesan kaedah ini pada pelbagai bidang dari aplikasi bioperubatan hingga penglihatan komputer. "
