Ultraschall-gestützte optische Darstellung zu ersetzen Endoskopie in bahnbrechende Entdeckung
Carnegie Mellon University und Assistant Professor of Electrical and Computer Engineering (ECE) Maysam Chamanzar-und ECE-Ph. D. student Matteo Giuseppe Scopelliti, die heute publiziert worden sind, stellt eine neuartige Technik, die verwendet Ultraschall zur nichtinvasiven nehmen Sie optische Bilder, die durch ein trübes medium, z.B. biologische Gewebe, Bild, Körper, die Organe. Diese neue Methode hat das Potenzial, beseitigen die Notwendigkeit für invasive visuelle Prüfungen mittels endoskopischer Kameras.
In anderen Worten: einen Tag, Bereiche kann nicht mehr eingegeben werden muss, in den Körper, wie nach unten die Kehle oder unter der Haut zu erreichen, der Magen, Gehirn oder andere Organe für die Prüfung.
Die endoskopische Bildgebung, oder mit Kameras eingesetzt, die direkt im inneren der Körper, die Organe zu untersuchen, die Symptome, ist ein invasives Verfahren, das verwendet wird, zu untersuchen und diagnostizieren, Symptome einer deep-tissue-disease. Endoskopische sensoren, oder Kameras auf das Ende des Katheter-Röhren oder Kabeln, sind in der Regel implantiert durch einen medizinischen Eingriff oder eine Operation zu erreichen, um dem Körper die tiefer liegenden Gewebe, aber Chamanzar die neue Technik bietet eine völlig nicht-chirurgische und nicht-invasive alternative.
Das Labor Papier veröffentlicht, in Licht: Wissenschaft und Anwendungen, eine Zeitschrift von Springer publiziert Natur, zeigt, dass Sie verwenden können, Ultraschall zu erstellen, die eine virtuelle „Linse“ in den Körper, anstatt das Einpflanzen eines physikalischen Objektiv. Durch die Verwendung von Ultraschall-wave-mustern, die Forscher, kann effektiv „focus“ – Licht in das Gewebe, das Ihnen erlaubt, um Bilder noch nie zuvor zugänglich durch nicht-invasive Mittel.
Biologisches Gewebe ist in der Lage zu blockieren, die meisten von Licht, insbesondere Licht im sichtbaren Bereich des optischen Spektrums. Daher, aktuelle optical-imaging-Methoden nicht verwenden, leichten Zugang zu tiefen Gewebe von der Oberfläche. Chamanzar Labor, jedoch ist die nicht-invasive Ultraschall zu induzieren, um mehr Transparenz zu ermöglichen, mehr penetration von Licht durch trübe Medien, wie biologischen Gewebe.
„Die relay-Bilder von Organen wie dem Gehirn, ohne die Notwendigkeit zum einfügen von physikalischen, optischen Komponenten wird eine wichtige alternative zu implantieren invasive Endoskope in den Körper“, sagt Chamanzar. „Wir haben von Ultraschall-Wellen Formen eine virtuelle optische relay-Linse innerhalb eines gegebenen Ziel-Mittel, die zum Beispiel biologisches Gewebe. Daher wird das Gewebe verwandelte sich in ein Objektiv, das hilft uns erfassen und relais die Bilder von den tieferen Strukturen. Diese Methode revolutioniert den Bereich der biomedizinischen Bildgebung.“
Ultraschall-Wellen sind in der Lage zu komprimieren und zu ab, oder Dünn, gleich über welches medium Sie fließt durch. In komprimierten Regionen, Licht bewegt sich langsamer im Vergleich zu abgehobenen Regionen. In diesem Papier, das team zeigt, dass diese Kompression und rarefication Effekt kann verwendet werden, um Formen eine virtuelle Linse in das Zielmedium für die optische Bildgebung. Diese virtuelle Linse kann bewegt werden, ohne das medium einfach durch die Neukonfiguration der Ultraschall-Wellen von außen. Dies ermöglicht eine Bildgebung die verschiedenen Zielregionen, die alle nichtinvasiven.
Die veröffentlichte Methode ist eine Plattform-Technologie, die angewendet werden können, die in vielen unterschiedlichen Anwendungen. In der Zukunft umgesetzt werden können, in form von einem handheld-Gerät oder tragbare Oberfläche patch, abhängig von der Orgel, abgebildet. Indem das Gerät oder patch auf der Haut, der Arzt wäre in der Lage, leicht erhalten Sie optische Informationen, die von innerhalb des Gewebes, um Bilder zu erstellen, was drin ist, ohne Endoskopie viele Beschwerden und Nebenwirkungen.
Die nächsten aktuellen Anwendungen für diese Technologie wäre endoskopische Bildgebung von Gehirn-Gewebe oder-Bildgebung unter die Haut, aber diese Technik kann auch verwendet werden, in andere Teile des Körpers für die Bildgebung. Darüber hinaus biomedizinische Anwendungen dieser Technik kann verwendet werden, für die optische Bildgebung in der industriellen Bildverarbeitung, Messtechnik und andere industrielle Anwendungen zu ermöglichen die nicht-destruktive und lenkbar-Bildgebung von Objekten und Strukturen im Mikrometerbereich.
Die Forscher zeigten, dass die Eigenschaften des virtuellen „Objektiv“ kann abgestimmt werden, indem die Parameter der Ultraschall-Wellen, so dass die Benutzer „im Fokus“ die Bilder wurden mit der Methode in unterschiedlichen tiefen durch das medium. Während die LSA – Papier konzentriert sich auf die Methode, die Wirksamkeit für das näher-an-die-Oberfläche-Anwendungen, hat das team noch finden, die Grenze, wie tief in das körpereigene Gewebe diesem Ultraschall-assisted-optical-imaging-Methode erreichen kann.
„Was unterscheidet unsere Arbeit von der konventionellen Akusto-optischen Methoden ist, die wir unter Verwendung des Ziel-Mediums selbst, die biologischen Gewebe, um zu beeinflussen, das Licht, wie es breitet sich durch das medium“, erklärt Chamanzar. „Diese in-situ-Interaktion bietet Chancen zum Ausgleich der nicht-idealities stören die Flugbahn des Lichts.“
Diese Technik hat viele möglichen klinischen Anwendungen, wie z.B. die Diagnose von Haut-Krankheiten, überwachung der Aktivität des Gehirns, und Diagnostik und der photodynamischen Therapie für die Ermittlung und Bekämpfung von bösartigen Tumoren.
Zusätzlich zu den direkten Auswirkungen dieser Forschung auf die klinische Medizin, sondern auch indirekte klinische Anwendungen. Durch die Nutzung dieser Akusto-optische Technologie zur Anzeige Maus-Modelle von Erkrankungen des Gehirns in Aktion und selektiv stimulieren verschiedene Nervenbahnen, Forscher würde in der Lage sein, die Untersuchung der Mechanismen, die in Krankheit Bedingungen wie Parkinson, informieren Sie das design der nächsten generation von klinisch-therapeutischen Interventionen, die zur Behandlung dieser Krankheiten in den Menschen.
„Trübe Medien schon immer als Hindernisse für die optische Bildgebung“, sagt Scopelliti. „Aber wir haben gezeigt, dass solche Medien können konvertiert werden, um Verbündeten zu helfen, das Licht zu erreichen das gewünschte Ziel. Wenn wir uns aktivieren, Ultraschall, mit dem richtigen Muster, das trübe medium wird sofort transparent. Es ist aufregend, zu denken, über die möglichen Auswirkungen dieser Verfahren auf eine Vielzahl von Bereichen, von biomedizinischen Anwendungen der computer vision.“
Die Forscher Projekt, das diese neue imaging-Technologie, die angewendet werden könnten, in der biomedizinischen und klinischen Kontexten, innerhalb der nächsten fünf Jahre.
