Endoskopijos pabaiga? Nauja technika gali būti medicininių vaizdų ateitis
„Proveržio“ tyrimai demonstruoja novatorišką vaizdų kūrimo techniką, kurioje ultragarsu neinvaziniu būdu pateikiami išsamūs vaizdai.
Šiuo metu endoskopija yra vienas iš labiausiai paplitusių medicininio vaizdavimo metodų.Jo naudojimas apima plaučių, gaubtinės žarnos, gerklės ir virškinamojo trakto būklių diagnozavimą.
Endoskopijos metu medicinos specialistai į mažą angą, pavyzdžiui, burną ar mažą chirurgo pjūvį, įkiša endoskopą - ilgą, ploną vamzdelį su stipria šviesa ir mažą fotoaparatą gale.
Endoskopijos yra invazinė procedūra, nors ir minimaliai. Jie gali sukelti nepatogumų ir nėra rizikingi. Galimas šalutinis endoskopijų poveikis yra pervargimas, mėšlungis, nuolatinis skausmas ar net audinių perforacija ir nedidelis vidinis kraujavimas.
Dabar naujoviškas atradimas gali visiškai nutraukti endoskopiją. Maysamas Chamanzaras, Carnegie Mellon universiteto Pitsburge (Pensilvanija) elektros ir kompiuterių inžinerijos profesorius ir to paties katedros mokslų daktaras Matteo Giuseppe Scopelliti sukūrė neinvazinę ultragarso vaizdavimo techniką, žadančią pakeisti endoskopą.
Tyrėjai žurnale išsamiai aprašo savo naująją techniką Šviesa: mokslas ir programos.
Fizinio objektyvo pakeitimas virtualiu
Chamanzaras ir Scopelliti savo darbe paaiškina, kad biologinis audinys, būdamas drumstas (arba tankus ir nepermatomas) terpė, riboja optinių metodų galimybes.
Tiksliau, audinys yra pagamintas iš didelių dalelių ir membranų ir riboja optinių vaizdų gylį ir skiriamąją gebą, „ypač matomoje ir artimoje infraraudonųjų spindulių spektro srityje“.
Tačiau naujojoje technikoje naudojamas ultragarsas, kad būtų sukurtas „virtualus objektyvas“ kūne, o ne fizinis. Tada operatorius gali sureguliuoti objektyvą, „keisdamas ultragarso slėgio bangas terpės viduje“, rašo autoriai, todėl naudodamiesi neinvazinėmis priemonėmis nufotografuokite nuodugnius vaizdus, kurie niekada nebuvo prieinami.
Ultragarso bangos gali suspausti arba išretinti terpę, į kurią prasiskverbia. Šviesa keliauja lėčiau per suspaustas laikmenas, o greičiau - retintose terpėse.
Autoriai paaiškina, kad jie sugebėjo sukurti virtualų objektyvą naudodami šį suspaudimo / retinimo efektą:
„Kai ultragarso bangos sklinda per terpę, jos moduliuoja jos tankį, taigi ir vietinį lūžio rodiklį; terpė yra suspausta aukšto slėgio regionuose, todėl tankis yra didesnis, o neigiamo slėgio vietose, kur sumažėja vietinis tankis, ji retėja “.
„Dėl to, - rašo jie, - slėgio stovėjimo banga sukuria vietinį lūžio rodiklio kontrastą“.
Be to, reguliuojant ar perkonfigūruojant ultragarso bangas iš išorės, objektyvas gali judėti terpės viduje, leidžiant jam keliauti į skirtingus regionus ir fotografuoti skirtingu gyliu.
„Mes panaudojome ultragarso bangas tam, kad nustatytoje tikslinėje terpėje lipdytume virtualų optinį relę, kuri, pavyzdžiui, gali būti biologinis audinys“, - sako Chamanzaras. "Todėl audinys paverčiamas objektyvu, kuris padeda mums užfiksuoti ir perduoti gilesnių struktūrų vaizdus".
Tyrėjas toliau paaiškina, kaip ši technika veikia ir kodėl tai yra laipsniškas žingsnis vizualizacijai kūno viduje.
„Mūsų darbas skiriasi nuo įprastų akustinės optikos metodų tuo, kad mes naudojame pačią tikslinę terpę, kuri gali būti biologinis audinys, paveikti šviesą, jai sklindant per terpę“, - tęsia Chamanzaras. „Ši in situ sąveika suteikia galimybių atsverti [kliūtis], kurios trikdo šviesos trajektoriją.“
Medicinos vaizdavimo revoliucijos metodas
Kai kurios naujos technikos priemonės apima smegenų vaizdavimą, odos ligų diagnozavimą ir įvairių organų navikų nustatymą. Metodas gali apimti rankinį prietaisą ar odos pleistrą, atsižvelgiant į sritį, kurią reikia stebėti.
Paprasčiausiai tepdami ją ant odos paviršiaus, sveikatos priežiūros specialistai galėtų gauti vidaus organų vaizdus be galimo šalutinio poveikio ir endoskopijos nemalonumo.
„Galimybė perduoti vaizdus iš organų, tokių kaip smegenys, nereikalaujant įdėti fizinių optinių komponentų, bus svarbi alternatyva invazinių endoskopų implantavimui kūne.“
Maysamas Chamanzaras
"Šis metodas gali pakeisti biomedicininių vaizdų sritį", - priduria jis.
„Drumsti terpės visada buvo laikomos optinio vaizdo kliūtimis“, - priduria bendraautorė Scopelliti. "Tačiau mes parodėme, kad tokią žiniasklaidą galima paversti sąjungininkais, kad šviesa pasiektų norimą tikslą".
„Kai suaktyviname ultragarsą tinkamu modeliu, drumsta terpė tampa iškart skaidri. Įdomu galvoti apie galimą šio metodo poveikį įvairiausiose srityse nuo biomedicinos programų iki kompiuterio regėjimo “.
