La fine dell'endoscopia? La nuova tecnica potrebbe essere il futuro dell'imaging medico
Una ricerca rivoluzionaria mostra una tecnica di imaging innovativa che utilizza gli ultrasuoni per fornire immagini approfondite in modo non invasivo.
L'endoscopia è attualmente uno dei metodi più comuni per l'imaging medico.I suoi usi includono la diagnosi di condizioni che colpiscono i polmoni, il colon, la gola e il tratto gastrointestinale.
Durante un'endoscopia, i professionisti medici inseriscono un endoscopio - un tubo lungo e sottile con una luce forte e una piccola telecamera all'estremità - in una piccola apertura, come la bocca o una piccola incisione praticata da un chirurgo.
Le endoscopie sono una procedura invasiva, anche se in minima parte. Possono creare disagio e non sono esenti da rischi. I potenziali effetti collaterali delle endoscopie includono sedazione eccessiva, crampi, dolore persistente o persino perforazione dei tessuti e sanguinamento interno minore.
Ora, una scoperta innovativa potrebbe porre fine all'endoscopia del tutto. Maysam Chamanzar, assistente professore di ingegneria elettrica e informatica presso la Carnegie Mellon University di Pittsburgh, in Pennsylvania, e Matteo Giuseppe Scopelliti, ricercatore di dottorato nello stesso dipartimento, hanno ideato una tecnica di imaging ecografico non invasivo che promette di sostituire l'endoscopio.
I ricercatori descrivono in dettaglio la loro nuova tecnica nella rivista Luce: scienza e applicazioni.
Sostituzione della lente fisica con una virtuale
Chamanzar e Scopelliti spiegano nel loro articolo che il tessuto biologico, essendo un mezzo torbido (o denso e opaco), limita le possibilità dei metodi ottici.
In particolare, il tessuto è costituito da grandi particelle e membrane e limita la profondità e la risoluzione delle immagini ottiche, "specialmente nella gamma dello spettro visibile e del vicino infrarosso".
La nuova tecnica, tuttavia, utilizza gli ultrasuoni per ideare una "lente virtuale" nel corpo invece di inserirne una fisica. L'operatore può quindi regolare la lente "modificando le onde di pressione ultrasoniche all'interno del mezzo", scrivono gli autori, e quindi acquisire immagini di profondità mai accessibili prima, utilizzando mezzi non invasivi.
Le onde ultrasoniche possono comprimere o rarefare il mezzo in cui penetrano. La luce viaggia più lentamente attraverso i media compressi e più rapidamente nei media rarefatti.
Gli autori spiegano di essere stati in grado di creare la lente virtuale utilizzando questo effetto di compressione / rarefazione:
“Quando le onde ultrasoniche si propagano attraverso il mezzo, ne modulano la densità e quindi il suo indice di rifrazione locale; il mezzo è compresso nelle regioni di alta pressione, determinando una densità maggiore, mentre è rarefatto nelle aree di pressione negativa dove la densità locale è ridotta. "
"Di conseguenza", scrivono, "l'onda stazionaria della pressione crea un contrasto dell'indice di rifrazione locale".
Inoltre, la regolazione o la riconfigurazione delle onde ultrasoniche dall'esterno può spostare la lente all'interno del mezzo, consentendogli di viaggiare in diverse regioni e acquisire immagini a diverse profondità.
"Abbiamo utilizzato gli ultrasuoni per scolpire una lente a relè ottica virtuale all'interno di un dato mezzo target, che, ad esempio, può essere un tessuto biologico", afferma Chamanzar. "Pertanto, il tessuto viene trasformato in una lente che ci aiuta a catturare e trasmettere le immagini di strutture più profonde".
Il ricercatore spiega inoltre come funziona la tecnica e perché è un passo progressivo per la visualizzazione all'interno del corpo.
"Ciò che distingue il nostro lavoro dai metodi acusto-ottici convenzionali è che utilizziamo il mezzo target stesso, che può essere tessuto biologico, per influenzare la luce mentre si propaga attraverso il mezzo", continua Chamanzar. "Questa interazione in situ offre opportunità per controbilanciare gli [ostacoli] che disturbano la traiettoria della luce".
Tecnica per "rivoluzionare l'imaging medico"
Alcune delle applicazioni della nuova tecnica includono l'imaging del cervello, la diagnosi di condizioni della pelle e l'identificazione di tumori in vari organi. Il metodo potrebbe coinvolgere un dispositivo portatile o un cerotto cutaneo, a seconda dell'area che necessita di monitoraggio.
Semplicemente applicandolo sulla superficie della pelle, gli operatori sanitari potrebbero ottenere immagini di organi interni senza i potenziali effetti collaterali e gli inconvenienti di un'endoscopia.
"Essere in grado di trasmettere immagini da organi, come il cervello, senza la necessità di inserire componenti ottiche fisiche fornirà un'importante alternativa all'impianto di endoscopi invasivi nel corpo".
Maysam Chamanzar
"Questo metodo può rivoluzionare il campo dell'imaging biomedico", aggiunge.
"I supporti torbidi sono sempre stati considerati ostacoli per l'imaging ottico", aggiunge il coautore Scopelliti. "Ma abbiamo dimostrato che tali media possono essere convertiti in alleati per aiutare la luce a raggiungere l'obiettivo desiderato".
“Quando attiviamo gli ultrasuoni con il pattern corretto, il mezzo torbido diventa immediatamente trasparente. È entusiasmante pensare al potenziale impatto di questo metodo su un'ampia gamma di campi, dalle applicazioni biomediche alla visione artificiale ".
