Het einde van endoscopie? Nieuwe techniek kan de toekomst zijn van medische beeldvorming
Baanbrekend onderzoek toont een innovatieve beeldvormingstechniek die echografie gebruikt om op een niet-invasieve manier diepgaande beelden te leveren.
Endoscopie is momenteel een van de meest gebruikte methoden voor medische beeldvorming.Het gebruik ervan omvat het diagnosticeren van aandoeningen die de longen, de dikke darm, de keel en het maagdarmkanaal aantasten.
Tijdens een endoscopie plaatsen medische professionals een endoscoop - een lange, dunne buis met een sterk licht en een kleine camera aan het uiteinde - in een kleine opening, zoals de mond of een kleine incisie die een chirurg maakt.
Endoscopieën zijn een invasieve procedure, zij het minimaal. Ze kunnen ongemak veroorzaken en zijn niet zonder risico's. Mogelijke bijwerkingen van endoscopieën zijn onder meer oversedatie, krampen, aanhoudende pijn of zelfs weefselperforatie en kleine inwendige bloedingen.
Nu kan een innovatieve ontdekking een einde maken aan de endoscopie. Maysam Chamanzar, een assistent-professor in elektrische en computertechniek aan de Carnegie Mellon University in Pittsburgh, Pennsylvania, en Matteo Giuseppe Scopelliti, een doctoraal onderzoeker op dezelfde afdeling, hebben een niet-invasieve echografie-techniek bedacht die belooft de endoscoop te vervangen.
De onderzoekers beschrijven hun nieuwe techniek in het tijdschrift Licht: wetenschap en toepassingen.
De fysieke lens vervangen door een virtuele lens
Chamanzar en Scopelliti leggen in hun paper uit dat biologisch weefsel, dat een troebel (of dicht en ondoorzichtig) medium is, de mogelijkheden van optische methoden beperkt.
Concreet is het weefsel gemaakt van grote deeltjes en membranen en beperkt het de diepte en resolutie van optische beelden, "vooral in het zichtbare en nabij-infrarode bereik van het spectrum."
De nieuwe techniek maakt echter gebruik van echografie om een "virtuele lens" in het lichaam te ontwerpen in plaats van een fysieke lens in te brengen. De operator kan dan de lens afstellen door "de ultrasone drukgolven in het medium te veranderen", schrijven de auteurs, en zo diepgaande beelden maken die voorheen nooit toegankelijk waren, met behulp van niet-invasieve middelen.
Ultrasone golven kunnen het medium dat ze binnendringen comprimeren of verdunnen. Licht gaat langzamer door gecomprimeerde media, en sneller door verdunde media.
De auteurs leggen uit dat ze in staat waren om de virtuele lens te creëren door dit compressie / verdunningseffect te gebruiken:
“Terwijl de ultrasone golven zich door het medium voortplanten, moduleren ze de dichtheid en daarmee de lokale brekingsindex; het medium wordt gecomprimeerd in de hogedrukgebieden, wat resulteert in een hogere dichtheid, terwijl het verdund wordt in de onderdrukgebieden waar de lokale dichtheid wordt verminderd. "
"Als resultaat", schrijven ze, "creëert de staande golf een lokaal brekingsindexcontrast."
Bovendien kan het aanpassen of herconfigureren van de ultrasone golven van buitenaf de lens in het medium verplaatsen, waardoor het naar verschillende regio's kan reizen en beelden op verschillende diepten kan maken.
"We gebruikten ultrasone golven om een virtuele optische relaislens vorm te geven in een bepaald doelmedium, dat bijvoorbeeld biologisch weefsel kan zijn", zegt Chamanzar. "Daarom wordt het weefsel omgezet in een lens die ons helpt de beelden van diepere structuren vast te leggen en door te geven."
De onderzoeker legt verder uit hoe de techniek werkt en waarom het een progressieve stap is om in het lichaam te visualiseren.
"Wat ons werk onderscheidt van conventionele akoestisch-optische methoden, is dat we het doelmedium zelf, dat biologisch weefsel kan zijn, gebruiken om licht te beïnvloeden terwijl het zich door het medium voortplant", vervolgt Chamanzar. "Deze in situ interactie biedt mogelijkheden om een tegenwicht te bieden aan de [obstakels] die de baan van licht verstoren."
Techniek om medische beeldvorming te revolutioneren
Enkele van de toepassingen van de nieuwe techniek zijn onder meer beeldvorming van de hersenen, het diagnosticeren van huidaandoeningen en het identificeren van tumoren in verschillende organen. De methode kan een draagbaar apparaat of een huidpleister omvatten, afhankelijk van het gebied dat moet worden bewaakt.
Door het eenvoudig op het huidoppervlak aan te brengen, konden zorgverleners afbeeldingen van inwendige organen verkrijgen zonder de mogelijke bijwerkingen en onaangenaamheden van een endoscopie.
"In staat zijn om beelden van organen, zoals de hersenen, door te sturen zonder de noodzaak om fysieke optische componenten in te brengen, zal een belangrijk alternatief bieden voor het implanteren van invasieve endoscopen in het lichaam."
Maysam Chamanzar
"Deze methode kan een revolutie teweegbrengen op het gebied van biomedische beeldvorming", voegt hij eraan toe.
"Troebele media werden altijd beschouwd als obstakels voor optische beeldvorming", voegt co-auteur Scopelliti eraan toe. "Maar we hebben aangetoond dat dergelijke media kunnen worden omgezet in bondgenoten om het licht te helpen het gewenste doelwit te bereiken."
“Als we echografie activeren met het juiste patroon, wordt het troebele medium direct transparant. Het is opwindend om na te denken over de mogelijke impact van deze methode op een breed scala van velden, van biomedische toepassingen tot computervisie. "
