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放在皮肤表面,就能获得内部器官的图像!它的出现,可能彻底终结内窥镜检查

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近期,一项突破性研究展示了一种创新的成像技术,可以利用超声波以无创的方式提供深度图像。这意味着,只要把设备简单地放置在皮肤表面,医护人员就可以获得内部器官的图像,而不会有内窥镜检查的潜在副作用和不适症状。


利用这种新的成像技术,科学家可以完全无创地获取脑组织的图像

内窥镜检查是目前最常见的医学成像方法之一。它的用途包括诊断肺部、结肠、喉咙和胃肠道的疾病。在内窥镜检查过程中,医学专业人员将一个内窥镜(一根长而细的管子,光线很强,末端有一个小摄像头)从开口插入体内,例如口腔或外科医生做的一个小切口。

内窥镜是一种侵入性的手术。它们会造成不适,尽管微小,也并不是没有风险。内窥镜的潜在副作用包括过度肿胀、痉挛、持续疼痛,甚至组织穿孔和轻微内出血。

现在,一项创新的发现可能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子和计算机工程助理教授Maysam Chamanzar和同一系的博士研究员Matteo Giuseppe Scopelliti设计了一种有望取代内窥镜的无创超声成像技术。这项研究发表在《光:科学与应用》杂志上。

用一个虚拟的镜头代替物理镜头

Chamanzar和Scopelliti在他们的论文中解释说,生物组织作为一种致密、不透明的介质,限制了光学方法的应用。这种组织由薄膜和大颗粒组成,因此光学成像的深度和分辨率受限,尤其是在可见光和近红外光谱范围内。

然而,这项新技术利用超声波在人体内设计了一个“虚拟透镜”,而不是植入一个实体透镜。操作者可以通过改变介质内部的超声波压力波来调整镜头,这样就可以用无创的方法拍摄以前从未有过的深度图像。

超声波可以压缩或使它们所穿透的介质变稀薄。光在压缩介质中传播得更慢,在稀薄介质中传播得更快。作者解释,他们能够使用这种压缩/稀疏效应来创建虚拟透镜。

“当超声波在介质中传播时,它们可以调节介质的密度,从而调节其局部折射率。介质在高压区受到压缩,导致密度增大,而在负压区,局部密度减小,介质变稀薄。结果是压力驻波产生了局部折射率对比。”作者写道。

此外,调整或重新配置来自外部的超声波可以使透镜在介质中移动,允许它移动到不同的区域,并在不同的深度拍摄图像。

“我们用超声波在特定的目标介质中塑造了一个虚拟的光学中继透镜,例如可以是生物组织。”Chamanzar说,“因此,这些组织被转化成一个透镜,帮助我们捕捉和传递更深层次结构的图像。”研究人员进一步解释了这项技术是如何工作的,以及为什么它是可视化身体内部的一个渐进步骤。

“我们的工作与传统声光技术的不同之处在于,我们使用的是目标介质本身来影响光在介质中传播,它可以是生物组织。”Chamanzar继续说。“这种原位相互作用为抵消光轨迹干扰障碍提供了机会。”

医学成像革命性技术

这项新技术的一些应用包括脑成像、皮肤状况诊断以及识别各器官的肿瘤诊断。该方法可能涉及手持设备或皮肤贴片,具体取决于需要监控的区域。只要把它简单地涂在皮肤表面,医护人员就可以获得内部器官的图像,而不会有内镜检查的潜在副作用和不适症状。

“能够在不需要插入物理光学元件的情况下,从器官(如大脑)传输图像,将会成为内窥镜检查的一个重要的替代选择。这种方法有希望彻底改变生物医学成像领域。”Chamanzar说。

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