Maysam Chamanzar y el estudiante de doctorado de ECE Matteo Giuseppe Scopelliti, profesor asistente de ingeniería eléctrica y de computación ECE de la Universidad Carnegie Mellon, publicaron hoy una investigación que introduce una técnica novedosa que utiliza ultrasonido para tomar imágenes ópticas de manera no invasiva a través de un medio turbio como el biológicotejido a imagen de los órganos del cuerpo. Este nuevo método tiene el potencial de eliminar la necesidad de exámenes visuales invasivos utilizando cámaras endoscópicas.
En otras palabras: un día, es posible que ya no sea necesario insertar los endoscopios en el cuerpo, como en la garganta o debajo de la piel, para llegar al estómago, el cerebro o cualquier otro órgano para su examen.
Las imágenes endoscópicas, o el uso de cámaras insertadas directamente dentro de los órganos del cuerpo para investigar los síntomas, es un procedimiento invasivo utilizado para examinar y diagnosticar los síntomas de la enfermedad de los tejidos profundos. Por lo general, se implantan cámaras endoscópicas o cámaras en el extremo de los tubos o cables del catéter.a través de un procedimiento médico o cirugía para llegar a los tejidos profundos del cuerpo, pero la nueva técnica de Chamanzar proporciona una alternativa completamente no quirúrgica y no invasiva.
El artículo del laboratorio publicado en Luz: ciencia y aplicaciones , una revista publicada por Springer Nature, muestra que pueden usar ultrasonido para crear una "lente" virtual dentro del cuerpo, en lugar de implantar una lente física. Mediante el uso de patrones de ondas ultrasónicas, los investigadores pueden "enfocar" efectivamente la luz dentro deltejido, que les permite tomar imágenes nunca antes accesibles a través de medios no invasivos.
El tejido biológico es capaz de bloquear la mayor parte de la luz, especialmente la luz en el rango visible del espectro óptico. Por lo tanto, los métodos de imágenes ópticas actuales no pueden usar la luz para acceder al tejido profundo desde la superficie. Sin embargo, el laboratorio de Chamanzar ha utilizado ultrasonido no invasivo para inducirmás transparencia para permitir una mayor penetración de la luz a través de medios turbios, como el tejido biológico.
"Poder transmitir imágenes de órganos como el cerebro sin la necesidad de insertar componentes ópticos físicos proporcionará una alternativa importante a la implantación de endoscopios invasivos en el cuerpo", dice Chamanzar. "Utilizamos ondas de ultrasonido para esculpir un relé óptico virtuallente dentro de un medio objetivo dado, que por ejemplo, puede ser tejido biológico. Por lo tanto, el tejido se convierte en una lente que nos ayuda a capturar y retransmitir las imágenes de estructuras más profundas. Este método puede revolucionar el campo de las imágenes biomédicas ".
Las ondas de ultrasonido pueden comprimir y enrarecer, o adelgazar, sea cual sea el medio por el que fluyen. En las regiones comprimidas, la luz viaja más lentamente en comparación con las regiones enrarecidas. En este documento, el equipo muestra que este efecto de compresión y rarefacciónpara esculpir una lente virtual en el medio objetivo para obtener imágenes ópticas. Esta lente virtual se puede mover sin perturbar el medio simplemente reconfigurando las ondas de ultrasonido desde el exterior. Esto permite obtener imágenes de diferentes regiones objetivo, todas de forma no invasiva.
El método publicado es una tecnología de plataforma que se puede aplicar en muchas aplicaciones diferentes. En el futuro, se puede implementar en forma de un dispositivo de mano o un parche de superficie portátil, dependiendo del órgano que se está fotografiando. Al colocar el dispositivo o parcheen la piel, el médico podría recibir fácilmente información óptica desde el interior del tejido para crear imágenes de lo que hay dentro sin las muchas molestias y efectos secundarios de la endoscopia.
Las aplicaciones actuales más cercanas para esta tecnología serían imágenes endoscópicas de tejido cerebral o imágenes debajo de la piel, pero esta técnica también se puede usar en otras partes del cuerpo para imágenes. Más allá de las aplicaciones biomédicas, esta técnica se puede usar para imágenes ópticasen visión artificial, metrología y otras aplicaciones industriales para permitir imágenes no destructivas y orientables de objetos y estructuras a escala de micras.
Los investigadores demostraron que las propiedades de la "lente" virtual se pueden ajustar cambiando los parámetros de las ondas ultrasónicas, lo que permite a los usuarios "enfocar" las imágenes tomadas utilizando el método a diferentes profundidades a través del medio. LSA el trabajo se centra en la eficacia del método para aplicaciones más cercanas a la superficie, el equipo aún no ha encontrado el límite de qué tan profundo dentro del tejido del cuerpo puede alcanzar este método de imagen óptica asistido por ultrasonido.
"Lo que distingue nuestro trabajo de los métodos acustoópticos convencionales es que estamos utilizando el propio medio objetivo, que puede ser tejido biológico, para afectar la luz a medida que se propaga a través del medio", explica Chamanzar. "Esta interacción in situ brinda oportunidadespara contrarrestar las no idealidades que perturban la trayectoria de la luz ".
Esta técnica tiene muchas aplicaciones clínicas potenciales, como el diagnóstico de enfermedades de la piel, el monitoreo de la actividad cerebral y el diagnóstico y la terapia fotodinámica para identificar y atacar tumores malignos.
Además de las implicaciones directas que esta investigación tiene en la medicina clínica, también tendrá aplicaciones clínicas indirectas. Al utilizar esta tecnología acústica-óptica para ver modelos de ratones de trastornos cerebrales en acción y estimular selectivamente diferentes vías neuronales, los investigadores podríanpara estudiar los mecanismos involucrados en enfermedades como el Parkinson, informando el diseño de intervenciones terapéuticas clínicas de próxima generación para tratar estas enfermedades en humanos.
"Los medios turbios siempre se han considerado obstáculos para la obtención de imágenes ópticas", dice Scopelliti. "Pero hemos demostrado que dichos medios pueden convertirse en aliados para ayudar a que la luz alcance el objetivo deseado. Cuando activamos el ultrasonido con el patrón adecuado, el turbioel medio se vuelve inmediatamente transparente. Es emocionante pensar en el impacto potencial de este método en una amplia gama de campos, desde aplicaciones biomédicas hasta visión por computadora ".
Los investigadores proyectan que esta nueva tecnología de imagen podría aplicarse en contextos biomédicos y clínicos dentro de los próximos cinco años.
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Materiales proporcionado por Universidad Carnegie Mellon . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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