Lente de ultra-som

Lente de ultrassom pode substituir a endoscopia invasiva

Uma nova técnica usa ultrassom para capturar imagens ópticas dos órgãos do corpo de forma não invasiva, relatam os pesquisadores.

Este novo método com a lente de ultrassom tem o potencial de eliminar a necessidade de exames visuais invasivos usando câmeras endoscópicas, que precisam ser inseridas no corpo, como na garganta ou sob a pele, para atingir o estômago, o cérebro ou qualquer outro órgão para exame.

A imagem endoscópica, ou o uso de câmeras inseridas diretamente dentro dos órgãos do corpo para investigar os sintomas, é uma maneira de examinar e diagnosticar os sintomas das doenças teciduais profundas. Os dispositivos de imagem endoscópicos, ou câmeras na extremidade de tubos ou fios de cateter, geralmente são implantados por meio de um procedimento médico ou cirurgia, a fim de atingir os tecidos profundos do corpo. A nova técnica fornece uma alternativa completamente não-cirúrgica e não invasiva.

O artigo dos pesquisadores, que aparece na Light: Science and Applications, mostra que eles podem usar o ultrassom para criar uma “lente” virtual dentro do corpo, em vez de implantar uma lente física.

Usando padrões de ondas ultra-sônicas, os pesquisadores podem efetivamente “focar” a luz dentro do tecido, o que lhes permite tirar imagens nunca antes acessíveis por meios não invasivos.

Lente de ultra-som com potencial de substituir métodos invasivos
O método usa ultrassom para orientar a luz através do tecido para imagens endoscópicas não invasivas de órgãos e tecidos profundos sem cirurgia ou procedimentos invasivos. (Crédito: Carnegie Mellon)

Que haja luz

O tecido biológico é capaz de bloquear a maior parte da luz, especialmente a luz na faixa visível do espectro óptico. Portanto, os atuais métodos de imagem ótica não podem usar luz para acessar tecidos profundos da superfície. Os pesquisadores, no entanto, usaram ultrassom não invasivo para induzir mais transparência para permitir maior penetração da luz através de meios turvos, como o tecido biológico.

“Ser capaz de transmitir imagens de órgãos, como o cérebro, sem a necessidade de inserir componentes ópticos físicos, fornecerá uma alternativa importante para implantar endoscópios invasivos no corpo”, diz Maysam Chamanzar, professor assistente de engenharia elétrica e de computação da Carnegie Mellon. Universidade.

“Usamos ondas de ultrassom para esculpir uma lente de revezamento óptico virtual dentro de um dado meio alvo, que por exemplo, pode ser tecido biológico. Portanto, o tecido é transformado em uma lente que nos ajuda a capturar e transmitir as imagens de estruturas mais profundas ”.

“Este método pode revolucionar o campo da imagiologia biomédica”, diz Chamanzar.

Ondas de ultrassom são capazes de comprimir e desparecer, ou finas, qualquer meio pelo qual elas estão fluindo. Em regiões comprimidas, a luz viaja mais lentamente em comparação com regiões rarefeitas. Em seu artigo, os pesquisadores mostram que eles podem usar esse efeito de compressão e raro para esculpir uma lente virtual no meio-alvo para imagens ópticas. Eles podem mover essa lente virtual sem perturbar o meio, simplesmente reconfigurando as ondas de ultrassom de fora. Isso permite a geração de imagens de diferentes regiões de destino, todas de maneira não invasiva.



Ultrassom ao invés de endoscopia

O novo método é uma tecnologia de plataforma que pode ser aplicada de muitas maneiras diferentes. No futuro, ele pode ser implementado na forma de um dispositivo portátil ou um patch de superfície vestível, dependendo do órgão a ser fotografado. Ao colocar o dispositivo ou adesivo na pele, o clínico poderá receber facilmente informações óticas de dentro do tecido para criar imagens do que há dentro dele, sem muitos desconfortos e efeitos colaterais da endoscopia.

As aplicações atuais mais próximas para lente de ultrassom seriam imagens endoscópicas do tecido cerebral ou imagens sob a pele, mas essa técnica também pode ser usada em outras partes do corpo para geração de imagens. Além das aplicações biomédicas, essa técnica pode ser útil para imagens ópticas em visão de máquina, metrologia e outras aplicações industriais para possibilitar imagens não destrutivas e direcionáveis ​​de objetos e estruturas na escala de mícron.

Os pesquisadores mostraram que podem ajustar as propriedades da “lente” virtual alterando os parâmetros das ondas ultra-sônicas, permitindo aos usuários “focar” imagens tiradas usando o método em diferentes profundidades através do meio. Embora o artigo recente esteja focado na eficácia do método para aplicações mais próximas da superfície, a equipe ainda não encontrou o limite para a profundidade do tecido do corpo que esse método de imagem óptica assistido por ultrassom pode alcançar.

“O que distingue nosso trabalho dos métodos convencionais de óptica acústica é que estamos usando o próprio meio alvo, que pode ser tecido biológico, para afetar a luz à medida que se propaga pelo meio”, diz Chamanzar. “Essa interação in situ oferece oportunidades para contrabalançar as não idealidades que perturbam a trajetória da luz.”

Aplicações diretas e indiretas da lente de ultrassom

Essa técnica tem muitas aplicações clínicas potenciais, como o diagnóstico de doenças de pele, o monitoramento da atividade cerebral e o diagnóstico e terapia fotodinâmica para identificar e direcionar tumores malignos.

Além das implicações diretas que essa pesquisa tem sobre a medicina clínica, ela também terá aplicações clínicas indiretas. Usando esta tecnologia acustamópica para visualizar modelos de ratos com distúrbios cerebrais em ação e estimular seletivamente diferentes vias neurais, os pesquisadores seriam capazes de estudar os mecanismos envolvidos em condições de doença como Parkinson, informando o projeto de intervenções terapêuticas clínicas de última geração para tratar estas doenças em humanos.

“A mídia turva sempre foi considerada um obstáculo para a obtenção de imagens ópticas”, diz Matteo Giuseppe Scopelliti, aluno de doutorado em engenharia elétrica e de computação. “Mas mostramos que tais mídias podem ser convertidas em aliados para ajudar a luz a alcançar o alvo desejado. Quando ativamos o ultrassom com o padrão adequado, o meio turvo fica imediatamente transparente. É emocionante pensar no impacto potencial desse método em uma ampla gama de campos, desde aplicações biomédicas até visão computacional”.

Os pesquisadores projetam que essa nova tecnologia de imagem poderia ser aplicada em contextos biomédicos e clínicos nos próximos cinco anos.

Fonte: Universidade Carnegie Mellon. Estudo Original DOI: 10.1038/s41377-019-0173-7. Publicado originalmente em Futurity.org, escrito por CARNEGIE MELLON-HCII .

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