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内窥镜检查的终结?新技术可能是医学成像的未来

健康 89xy 1个月前 (09-28) 31次浏览

突破性研究展示了一种创新的成像技术,该技术使用超声波以无创的方式提供深度图像。

内窥镜检查的终结?新技术可能是医学成像的未来

Pinterest上的分享超声成像的突破可能很快会消除内窥镜的使用。

内窥镜检查是目前最常见的医学成像方法之一。它的用途包括诊断影响肺、结肠、喉咙和胃肠道的疾病。

在内窥镜检查过程中,医疗专业人员将内窥镜(一种长而细的管子,一端有强光和一个小摄像头)插入一个小开口,如外科医生做的嘴或小切口。

内窥镜检查是一种侵入性的程序,尽管程度很小。它们会造成不适,并不是没有风险。内窥镜检查的潜在副作用包括过度损伤、痉挛、持续疼痛,甚至组织穿孔和轻微内出血。

现在,一项创新发现可能会彻底终结内窥镜检查。宾夕法尼亚州匹兹堡卡内基梅隆大学电气和计算机工程助理教授梅萨姆·查曼扎尔(Maysam Chamanzar)和同一部门的博士生研究员马特奥·朱塞佩·斯科佩利蒂(Matteo Giuseppe Scopelliti)设计了一种无创超声成像技术,有望取代内窥镜。

研究人员在《光:科学与应用》杂志上详细介绍了他们的新技术。

用虚拟镜头替换物理镜头

Chamanzar和Scopelliti在他们的论文中解释说,生物组织是一种混浊(或致密和不透明)的介质,限制了光学方法的可能性。

具体来说,组织由大颗粒和薄膜组成,限制了光学成像的深度和分辨率,“特别是在可见和近红外光谱范围内”。

然而,这项新技术使用超声波在体内设计一个“虚拟透镜”,而不是插入一个物理透镜。作者写道,然后操作员可以通过“改变介质内的超声波压力波”来调整镜头,并使用非侵入性的方法拍摄以前从未接触过的深度图像。

超声波可以压缩或稀释它们穿透的介质。光在压缩介质中传播更慢,在稀薄介质中传播更快。

作者解释说,他们能够通过使用这种压缩/稀疏效应来创建虚拟镜头:

“当超声波在介质中传播时,它们调节介质的密度,从而调节介质的局部折射率;介质在高压区被压缩,导致密度增加,而在负压区则变稀薄,局部密度降低。”

“结果,”他们写道,“压力驻波产生了局部折射率对比。”

此外,从外部调整或重新配置超声波可以在介质内部移动透镜,使其能够传播到不同的区域,并在不同的深度拍摄图像。

“我们使用超声波在给定的目标介质中雕刻一个虚拟的光学中继透镜,例如,它可以是生物组织,”查曼扎尔说。“因此,组织变成了一个镜头,帮助我们捕捉和传递更深层结构的图像。”

研究人员进一步解释了这项技术是如何工作的,以及为什么它是身体内部可视化的一个渐进步骤。

“我们的工作与传统声光方法的区别在于,我们使用目标介质本身,可以是生物组织,来影响光在介质中的传播,”查曼扎尔继续说。”这种原位相互作用提供了平衡干扰光轨迹的障碍的机会.”

“医学成像革命”技术

这项新技术的一些应用包括脑成像、诊断皮肤状况和识别各种器官中的肿瘤。根据需要监控的区域,该方法可以包括手持设备或皮肤贴片。

通过简单地将其应用于皮肤表面,医疗保健专业人员可以获得内部器官的图像,而没有内窥镜检查的潜在副作用和不愉快。

“能够在不需要插入物理光学元件的情况下传递来自大脑等器官的图像,将为在体内植入侵入性内窥镜提供一种重要的替代方案。”

Maysam Chamanzar

“这种方法可以彻底改变生物医学成像领域,”他补充道。

“混浊介质一直被认为是光学成像的障碍,”合著者Scopelliti补充道。“但我们已经表明,这种媒体可以转化为盟友,以帮助光达到预期目标。”

“当我们以适当的模式激活超声波时,混浊介质会立即变得透明。想到这种方法对从生物医学应用到计算机视觉的广泛领域的潜在影响,令人兴奋。”


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