Akhir dari endoskopi? Teknik baru mungkin merupakan masa depan pencitraan medis
Penelitian terobosan menunjukkan teknik pencitraan inovatif yang menggunakan ultrasound untuk menghasilkan gambar yang mendalam dengan cara non-invasif.
Endoskopi saat ini merupakan salah satu metode paling umum untuk pencitraan medis.Kegunaannya termasuk mendiagnosis kondisi yang mempengaruhi paru-paru, usus besar, tenggorokan, dan saluran pencernaan.
Selama endoskopi, ahli medis memasukkan endoskopi - tabung panjang dan tipis dengan cahaya yang kuat dan kamera kecil di ujungnya - ke dalam lubang kecil, seperti mulut atau sayatan kecil yang dibuat oleh ahli bedah.
Endoskopi adalah prosedur invasif, meskipun minimal. Mereka dapat menciptakan ketidaknyamanan dan bukannya tanpa risiko. Potensi efek samping endoskopi termasuk oversedation, kram, nyeri terus-menerus, atau bahkan perforasi jaringan dan perdarahan internal ringan.
Sekarang, penemuan inovatif dapat mengakhiri endoskopi sama sekali. Maysam Chamanzar, asisten profesor teknik elektro dan komputer di Carnegie Mellon University di Pittsburgh, Pennsylvania, dan Matteo Giuseppe Scopelliti, seorang peneliti doktoral di departemen yang sama, telah merancang teknik pencitraan ultrasound non-invasif yang menjanjikan untuk menggantikan endoskopi.
Para peneliti merinci teknik novel mereka di jurnal Cahaya: Sains dan Aplikasi.
Mengganti lensa fisik dengan lensa virtual
Chamanzar dan Scopelliti menjelaskan dalam makalah mereka bahwa jaringan biologis, menjadi media keruh (atau padat dan buram), membatasi kemungkinan metode optik.
Secara khusus, jaringan terbuat dari partikel dan membran besar serta membatasi kedalaman dan resolusi citra optik, "terutama dalam rentang spektrum inframerah yang terlihat dan dekat".
Teknik baru, bagaimanapun, menggunakan ultrasound untuk merancang sebuah "lensa virtual" di dalam tubuh alih-alih memasukkan yang fisik. Operator kemudian dapat menyesuaikan lensa dengan "mengubah gelombang tekanan ultrasonik di dalam medium," tulis penulis, dan mengambil gambar mendalam yang tidak pernah dapat diakses sebelumnya, menggunakan cara non-invasif.
Gelombang ultrasonik dapat memampatkan atau melemahkan media yang ditembusnya. Cahaya bergerak lebih lambat melalui media yang dikompresi, dan lebih cepat dalam media yang dijernihkan.
Penulis menjelaskan bahwa mereka dapat membuat lensa virtual dengan menggunakan efek kompresi / penghalusan ini:
“Saat gelombang ultrasonik merambat melalui medium, mereka memodulasi densitasnya dan karenanya indeks bias lokalnya; medium dikompresi di daerah bertekanan tinggi, menghasilkan kepadatan yang lebih tinggi, sementara itu dijernihkan di daerah bertekanan negatif di mana kepadatan lokalnya berkurang. "
Akibatnya, tulis mereka, gelombang berdiri tekanan menciptakan kontras indeks bias lokal.
Selain itu, menyesuaikan atau mengonfigurasi ulang gelombang ultrasonik dari luar dapat menggerakkan lensa di dalam medium, memungkinkannya melakukan perjalanan ke berbagai wilayah dan mengambil gambar pada kedalaman yang berbeda.
“Kami menggunakan gelombang ultrasonik untuk membentuk lensa relai optik virtual dalam media target tertentu, yang, misalnya, dapat berupa jaringan biologis,” kata Chamanzar. “Oleh karena itu, jaringan diubah menjadi lensa yang membantu kami menangkap dan menyampaikan gambar dari struktur yang lebih dalam.”
Peneliti selanjutnya menjelaskan bagaimana teknik bekerja dan mengapa ini merupakan langkah progresif untuk visualisasi di dalam tubuh.
“Yang membedakan pekerjaan kami dari metode akustik-optik konvensional adalah kami menggunakan media target itu sendiri, yang dapat berupa jaringan biologis, untuk mempengaruhi cahaya saat menyebar melalui media,” lanjut Chamanzar. “Interaksi in situ ini memberikan peluang untuk mengimbangi [rintangan] yang mengganggu lintasan cahaya.”
Teknik untuk 'merevolusi pencitraan medis'
Beberapa aplikasi dari teknik baru ini termasuk pencitraan otak, mendiagnosis kondisi kulit, dan mengidentifikasi tumor di berbagai organ. Metode tersebut dapat melibatkan perangkat genggam atau tambalan kulit, tergantung pada area yang perlu dipantau.
Dengan hanya menerapkannya pada permukaan kulit, tenaga kesehatan profesional dapat memperoleh gambar organ dalam tanpa potensi efek samping dan ketidaknyamanan endoskopi.
“Mampu menyampaikan gambar dari organ, seperti otak, tanpa perlu memasukkan komponen optik fisik akan memberikan alternatif penting untuk menanamkan endoskopi invasif di tubuh.”
Maysam Chamanzar
“Metode ini dapat merevolusi bidang pencitraan biomedis,” tambahnya.
“Media yang keruh selalu dianggap sebagai hambatan untuk pencitraan optik,” tambah rekan penulis Scopelliti. "Tapi kami telah menunjukkan bahwa media semacam itu dapat diubah menjadi sekutu untuk membantu cahaya mencapai target yang diinginkan."
“Saat kami mengaktifkan ultrasound dengan pola yang tepat, medium yang keruh langsung menjadi transparan. Sangat menarik untuk memikirkan tentang potensi dampak metode ini pada berbagai bidang mulai dari aplikasi biomedis hingga computer vision. "
