O fim da endoscopia? Nova técnica pode ser o futuro da imagem médica
Uma pesquisa inovadora mostra uma técnica de imagem inovadora que usa ultrassom para fornecer imagens em profundidade de uma forma não invasiva.
A endoscopia é atualmente um dos métodos mais comuns para imagens médicas.Seus usos incluem o diagnóstico de condições que afetam os pulmões, o cólon, a garganta e o trato gastrointestinal.
Durante uma endoscopia, os profissionais médicos inserem um endoscópio - um tubo longo e fino com uma luz forte e uma pequena câmera na extremidade - em uma pequena abertura, como a boca ou uma pequena incisão feita por um cirurgião.
As endoscopias são um procedimento invasivo, embora minimamente. Eles podem criar desconforto e não são isentos de riscos. Os potenciais efeitos colaterais das endoscopias incluem sedação excessiva, cãibras, dor persistente ou mesmo perfuração do tecido e sangramento interno leve.
Agora, uma descoberta inovadora pode acabar totalmente com a endoscopia. Maysam Chamanzar, professor assistente de engenharia elétrica e da computação na Carnegie Mellon University em Pittsburgh, Pensilvânia, e Matteo Giuseppe Scopelliti, pesquisador de doutorado no mesmo departamento, desenvolveram uma técnica de ultrassom não invasiva que promete substituir o endoscópio.
Os pesquisadores detalham sua nova técnica na revista Luz: Ciência e Aplicações.
Substituindo a lente física por uma virtual
Chamanzar e Scopelliti explicam em seu artigo que o tecido biológico, sendo um meio turvo (ou denso e opaco), limita as possibilidades dos métodos ópticos.
Especificamente, o tecido é feito de grandes partículas e membranas e restringe a profundidade e a resolução das imagens ópticas, "especialmente na faixa de infravermelho próximo e visível do espectro."
A nova técnica, no entanto, usa o ultrassom para criar uma “lente virtual” no corpo em vez de inserir uma física. O operador pode então ajustar a lente “mudando as ondas de pressão ultrassônica dentro do meio”, escrevem os autores, e assim obter imagens em profundidade que nunca estavam acessíveis antes, usando meios não invasivos.
As ondas de ultra-som podem comprimir ou tornar mais rarefeito o meio por onde penetram. A luz viaja mais lentamente através de mídia compactada e mais rapidamente em mídia rarefeita.
Os autores explicam que foram capazes de criar a lente virtual usando este efeito de compressão / rarefação:
“À medida que as ondas ultrassônicas se propagam pelo meio, elas modulam sua densidade e, portanto, seu índice de refração local; o meio é comprimido nas regiões de alta pressão, resultando em uma densidade mais alta, enquanto é rarefeito nas áreas de pressão negativa onde a densidade local é reduzida. ”
“Como resultado”, eles escrevem, “a onda estacionária de pressão cria um contraste de índice de refração local”.
Além disso, ajustar ou reconfigurar as ondas de ultrassom de fora pode mover a lente dentro do meio, permitindo que ela viaje para diferentes regiões e obtenha imagens em diferentes profundidades.
“Usamos ondas de ultrassom para esculpir uma lente de relé óptico virtual dentro de um determinado meio-alvo, que, por exemplo, pode ser tecido biológico”, diz Chamanzar. “Portanto, o tecido se transforma em uma lente que nos ajuda a capturar e retransmitir as imagens de estruturas mais profundas.”
O pesquisador explica ainda como a técnica funciona e por que é uma etapa progressiva da visualização do interior do corpo.
“O que distingue nosso trabalho dos métodos acústico-ópticos convencionais é que estamos usando o próprio meio-alvo, que pode ser tecido biológico, para afetar a luz conforme ela se propaga pelo meio”, continua Chamanzar. “Essa interação in situ fornece oportunidades para contrabalançar os [obstáculos] que perturbam a trajetória da luz.”
Técnica para "revolucionar a imagem médica"
Algumas das aplicações da nova técnica incluem imagens do cérebro, diagnóstico de doenças da pele e identificação de tumores em vários órgãos. O método pode envolver um dispositivo portátil ou adesivo na pele, dependendo da área que precisa de monitoramento.
Simplesmente aplicando na superfície da pele, os profissionais de saúde podem obter imagens de órgãos internos sem os potenciais efeitos colaterais e desagradáveis de uma endoscopia.
“Ser capaz de transmitir imagens de órgãos, como o cérebro, sem a necessidade de inserir componentes ópticos físicos, será uma alternativa importante para implantar endoscópios invasivos no corpo.”
Maysam Chamanzar
“Este método pode revolucionar o campo da imagem biomédica”, acrescenta.
“Meios turvos sempre foram considerados obstáculos para imagens ópticas”, acrescenta o coautor Scopelliti. “Mas mostramos que essa mídia pode ser convertida em aliados para ajudar a luz a atingir o alvo desejado.”
“Quando ativamos o ultrassom com o padrão adequado, o meio turvo se torna imediatamente transparente. É empolgante pensar sobre o impacto potencial deste método em uma ampla gama de campos, desde aplicações biomédicas até visão computacional ”.
