Kết thúc nội soi? Kỹ thuật mới có thể là tương lai của hình ảnh y học
Nghiên cứu đột phá giới thiệu một kỹ thuật hình ảnh sáng tạo sử dụng sóng siêu âm để cung cấp hình ảnh có độ sâu theo cách không xâm lấn.
Nội soi hiện là một trong những phương pháp phổ biến nhất để chẩn đoán hình ảnh y học.Công dụng của nó bao gồm chẩn đoán các tình trạng ảnh hưởng đến phổi, ruột kết, cổ họng và đường tiêu hóa.
Trong quá trình nội soi, các chuyên gia y tế đưa một ống nội soi - một ống dài, mỏng với ánh sáng mạnh và một camera nhỏ ở cuối - vào một lỗ nhỏ, chẳng hạn như miệng hoặc một vết rạch nhỏ mà bác sĩ phẫu thuật tạo ra.
Nội soi là một thủ thuật xâm lấn, mặc dù rất ít. Chúng có thể tạo ra sự khó chịu và không phải là không có rủi ro. Các tác dụng phụ tiềm ẩn của nội soi bao gồm hoạt động quá mức, chuột rút, đau dai dẳng, hoặc thậm chí thủng mô và chảy máu bên trong nhẹ.
Giờ đây, một khám phá sáng tạo có thể chấm dứt hoàn toàn nội soi. Maysam Chamanzar, trợ lý giáo sư kỹ thuật điện và máy tính tại Đại học Carnegie Mellon ở Pittsburgh, Pennsylvania, và Matteo Giuseppe Scopelliti, một nhà nghiên cứu tiến sĩ trong cùng khoa, đã phát minh ra một kỹ thuật hình ảnh siêu âm không xâm lấn hứa hẹn sẽ thay thế ống nội soi.
Các nhà nghiên cứu trình bày chi tiết kỹ thuật mới của họ trên tạp chí Ánh sáng: Khoa học và Ứng dụng.
Thay thấu kính vật lý bằng thấu kính ảo
Chamanzar và Scopelliti giải thích trong bài báo của họ rằng mô sinh học, là một môi trường đục (hoặc đặc và không trong suốt), hạn chế khả năng của các phương pháp quang học.
Cụ thể, mô được cấu tạo từ các hạt và màng lớn và hạn chế độ sâu và độ phân giải của hình ảnh quang học, "đặc biệt là trong phạm vi quang phổ nhìn thấy được và cận hồng ngoại."
Tuy nhiên, kỹ thuật mới sử dụng sóng siêu âm để tạo ra một “thấu kính ảo” trong cơ thể thay vì chèn một thấu kính vật lý. Sau đó, người vận hành có thể điều chỉnh ống kính bằng cách “thay đổi sóng áp suất siêu âm bên trong môi trường”, các tác giả viết, và do đó, chụp những hình ảnh có chiều sâu mà trước đây chưa từng có, sử dụng các phương tiện không xâm lấn.
Sóng siêu âm có thể nén hoặc làm hiếm môi trường mà chúng xâm nhập. Ánh sáng truyền chậm hơn qua phương tiện nén và nhanh hơn trong phương tiện hiếm.
Các tác giả giải thích rằng họ có thể tạo ra thấu kính ảo bằng cách sử dụng hiệu ứng nén / hiếm này:
“Khi sóng siêu âm truyền qua môi trường, chúng điều chỉnh mật độ của nó và do đó chiết suất cục bộ của nó; môi chất bị nén trong các vùng áp suất cao, dẫn đến mật độ cao hơn, trong khi nó hiếm hơn trong các vùng áp suất âm nơi mật độ cục bộ bị giảm. "
"Kết quả là," họ viết, "sóng đứng áp suất tạo ra sự tương phản chiết suất cục bộ."
Hơn nữa, việc điều chỉnh hoặc cấu hình lại sóng siêu âm từ bên ngoài có thể di chuyển ống kính xung quanh bên trong môi trường, cho phép nó đi đến các vùng khác nhau và chụp ảnh ở các độ sâu khác nhau.
Chamanzar nói: “Chúng tôi đã sử dụng sóng siêu âm để tạo ra một thấu kính chuyển tiếp quang học ảo trong một môi trường mục tiêu nhất định, ví dụ, có thể là mô sinh học. “Do đó, mô được biến thành một thấu kính giúp chúng tôi chụp và chuyển tiếp hình ảnh của các cấu trúc sâu hơn”.
Nhà nghiên cứu giải thích thêm về cách thức hoạt động của kỹ thuật này và tại sao nó là một bước tiến bộ để hình dung bên trong cơ thể.
Chamanzar tiếp tục: “Điều phân biệt công việc của chúng tôi với các phương pháp quang học thông thường là chúng tôi đang sử dụng chính môi trường đích, có thể là mô sinh học, để tác động đến ánh sáng khi nó truyền qua môi trường đó. “Tương tác tại chỗ này tạo cơ hội để đối trọng với [chướng ngại vật] làm nhiễu loạn quỹ đạo của ánh sáng.”
Kỹ thuật 'cách mạng hóa hình ảnh y tế'
Một số ứng dụng của kỹ thuật mới bao gồm chụp ảnh não, chẩn đoán tình trạng da và xác định các khối u trong các cơ quan khác nhau. Phương pháp này có thể liên quan đến thiết bị cầm tay hoặc miếng dán da, tùy thuộc vào khu vực cần theo dõi.
Chỉ cần thoa nó lên bề mặt da, các chuyên gia chăm sóc sức khỏe có thể thu được hình ảnh của các cơ quan nội tạng mà không có tác dụng phụ tiềm ẩn và cảm giác khó chịu khi nội soi.
“Việc có thể chuyển tiếp hình ảnh từ các cơ quan, chẳng hạn như não, mà không cần chèn các bộ phận quang học vật lý sẽ cung cấp một giải pháp thay thế quan trọng cho việc cấy các ống nội soi xâm lấn vào cơ thể”.
Maysam Chamanzar
Ông cho biết thêm: “Phương pháp này có thể cách mạng hóa lĩnh vực hình ảnh y sinh.
Đồng tác giả Scopelliti cho biết thêm: “Phương tiện đục luôn được coi là chướng ngại vật đối với hình ảnh quang học. “Nhưng chúng tôi đã chứng minh rằng những phương tiện đó có thể được chuyển đổi thành các đồng minh để giúp ánh sáng tiếp cận mục tiêu mong muốn”.
“Khi chúng tôi kích hoạt siêu âm với mẫu thích hợp, môi trường đục sẽ trở nên trong suốt ngay lập tức. Thật thú vị khi nghĩ về tác động tiềm tàng của phương pháp này đối với một loạt các lĩnh vực từ ứng dụng y sinh đến thị giác máy tính ”.
