Endoskopijas beigas? Jauna tehnika var būt medicīniskās attēlveidošanas nākotne
Izrāvienu izpēte demonstrē novatorisku attēlveidošanas tehniku, kas izmanto ultraskaņu, lai neinvazīvā veidā sniegtu padziļinātus attēlus.
Pašlaik endoskopija ir viena no visbiežāk izmantotajām medicīniskās attēlveidošanas metodēm.Tās izmantošana ietver tādu slimību diagnosticēšanu, kas ietekmē plaušas, resnās zarnas, rīkli un kuņģa-zarnu trakta ceļu.
Veicot endoskopiju, medicīnas profesionāļi ievieto endoskopu - garu, plānu tūbiņu ar spēcīgu gaismu un nelielu kameru galā - nelielā atverē, piemēram, mutē vai sīkajā ķirurga iegriezumā.
Endoskopijas ir invazīvas procedūras, kaut arī minimāli. Tie var radīt diskomfortu un nav bez riska. Iespējamās endoskopiju blakusparādības ir pārslodze, krampji, ilgstošas sāpes vai pat audu perforācija un neliela iekšēja asiņošana.
Tagad novatorisks atklājums var pilnībā izbeigt endoskopiju. Maysam Chamanzar, Karnegie Mellon universitātes Pitsburgā, Pensilvānijā, elektrotehnikas un datortehnikas docents un tā paša departamenta doktora pētnieks Matteo Giuseppe Scopelliti ir izstrādājuši neinvazīvu ultraskaņas attēlveidošanas tehniku, kas sola aizstāt endoskopu.
Pētnieki žurnālā sīki apraksta savu jauno tehniku Gaisma: zinātne un lietojumi.
Fiziskā objektīva nomaiņa ar virtuālo
Čamanzars un Skopeliti savā rakstā paskaidro, ka bioloģiskie audi, būdami duļķaini (vai blīvi un necaurspīdīgi), ierobežo optisko metožu iespējas.
Konkrēti, audi ir izgatavoti no lielām daļiņām un membrānām un ierobežo optisko attēlu dziļumu un izšķirtspēju, "it īpaši redzamajā un tuvu infrasarkanajā spektra diapazonā".
Jaunajā paņēmienā tomēr tiek izmantota ultraskaņa, lai ķermenī izstrādātu “virtuālo objektīvu”, nevis fizisko. Pēc tam operators var pielāgot objektīvu, "mainot ultraskaņas spiediena viļņus barotnes iekšienē", raksta autori, un, izmantojot neinvazīvus līdzekļus, uzņemiet padziļinātus attēlus, kas nekad iepriekš nebija pieejami.
Ultraskaņas viļņi var saspiest vai retināt vidi, kurā tie iekļūst. Gaisma pārvietojas lēnāk caur saspiestiem materiāliem un ātrāk - retinātos materiālos.
Autori paskaidro, ka viņi varēja izveidot virtuālo objektīvu, izmantojot šo saspiešanas / retināšanas efektu:
“Ultraskaņas viļņiem izplatoties pa barotni, tie modulē tā blīvumu un līdz ar to arī lokālo laušanas koeficientu; barotne tiek saspiesta augstspiediena apgabalos, kā rezultātā tiek iegūts lielāks blīvums, savukārt negatīvā spiediena apgabalos, kur vietējais blīvums ir samazināts, tā ir retāka. ”
"Rezultātā," viņi raksta, "spiediena stāvēšanas vilnis rada lokālu refrakcijas indeksa kontrastu."
Turklāt, pielāgojot vai pārkonfigurējot ultraskaņas viļņus no ārpuses, objektīvs var pārvietoties barotnes iekšpusē, ļaujot tam pārvietoties uz dažādiem reģioniem un uzņemt attēlus dažādos dziļumos.
"Mēs izmantojām ultraskaņas viļņus, lai izveidotu virtuālo optisko releju objektīvu noteiktā mērķa vidē, kas, piemēram, var būt bioloģiski audi," saka Chamanzar. "Tāpēc audi tiek pārvērsti par objektīvu, kas mums palīdz uztvert un nodot dziļāku struktūru attēlus."
Pētnieks tālāk paskaidro, kā darbojas tehnika un kāpēc tas ir pakāpenisks solis, lai vizualizētu ķermeņa iekšienē.
"Mūsu darbs no parastajām akustiskās optikas metodēm atšķiras ar to, ka mēs izmantojam pašu mērķa barotni, kas var būt bioloģiski audi, lai ietekmētu gaismu, kad tā izplatās caur barotni," turpina Šamanzars. "Šī in situ mijiedarbība sniedz iespējas līdzsvarot [šķēršļus], kas traucē gaismas trajektoriju."
Medicīniskās attēlveidošanas apvērsuma paņēmiens
Daži no jaunās metodes pielietojumiem ietver smadzeņu attēlveidošanu, ādas slimību diagnosticēšanu un audzēju identificēšanu dažādos orgānos. Metode var ietvert rokas ierīci vai ādas plāksteri atkarībā no vietas, kurai nepieciešama uzraudzība.
Vienkārši uzklājot to uz ādas virsmas, veselības aprūpes speciālisti varēja iegūt iekšējo orgānu attēlus bez endoskopijas iespējamām blakusparādībām un nepatīkamām sajūtām.
"Spēja pārsūtīt attēlus no orgāniem, piemēram, smadzenēm, bez nepieciešamības ievietot fiziskus optiskos komponentus, būs svarīga alternatīva invazīvu endoskopu implantēšanai ķermenī."
Maijs Čamanzars
"Šī metode var mainīt biomedicīnas attēlveidošanas jomu," viņš piebilst.
"Duļķainie mediji vienmēr tiek uzskatīti par šķēršļiem optiskās attēlveidošanas jomā," piebilst līdzautore Skopeliti. "Bet mēs esam parādījuši, ka šādus plašsaziņas līdzekļus var pārveidot par sabiedrotajiem, lai gaisma sasniegtu vēlamo mērķi."
“Kad mēs aktivizējam ultraskaņu ar pareizu modeli, duļķainā vide nekavējoties kļūst caurspīdīga. Ir aizraujoši domāt par šīs metodes iespējamo ietekmi uz visdažādākajām jomām, sākot no biomedicīnas lietojumiem līdz datorvīzijai. ”
