内視鏡検査の終わり？新しい技術は医用画像の未来かもしれない
画期的な研究は、超音波を使用して非侵襲的な方法で詳細な画像を提供する革新的な画像技術を紹介しています。
内視鏡検査は現在、医用画像の最も一般的な方法の1つです。その用途には、肺、結腸、喉、および胃腸管に影響を与える状態の診断が含まれます。
内視鏡検査では、医療専門家が内視鏡（強い光と最後に小さなカメラが付いた細長いチューブ）を、外科医が行う口や小さな切開などの小さな開口部に挿入します。
内視鏡検査は、最小限ではありますが、侵襲的な手技です。それらは不快感を生み出す可能性があり、リスクがないわけではありません。内視鏡検査の潜在的な副作用には、過度の鎮静、けいれん、持続的な痛み、さらには組織の穿孔や軽度の内出血が含まれます。
今、革新的な発見は内視鏡検査を完全に終わらせるかもしれません。ペンシルベニア州ピッツバーグのカーネギーメロン大学の電気およびコンピューター工学の助教授であるMaysamChamanzarと、同じ部門の博士研究員であるMatteo Giuseppe Scopellitiは、内視鏡に取って代わることを約束する非侵襲的超音波イメージング技術を考案しました。
研究者たちはジャーナルで彼らの新しい技術を詳述しています 光：科学と応用.
物理レンズを仮想レンズに交換する
ChamanzarとScopellitiは、彼らの論文で、混濁した（または高密度で不透明な）媒体である生体組織が光学的方法の可能性を制限していると説明しています。
具体的には、組織は大きな粒子と膜でできており、「特にスペクトルの可視および近赤外範囲で」光学画像の深度と解像度を制限します。
ただし、新しい手法では、物理的なレンズを挿入する代わりに、超音波を使用して体内に「仮想レンズ」を考案します。オペレーターは、「媒体内の超音波圧力波を変更する」ことでレンズを調整し、著者を書くことができるため、非侵襲的な手段を使用して、これまでアクセスできなかった深度画像を取り込むことができます。
超音波は、それらが浸透する媒体を圧縮または希薄化する可能性があります。光は圧縮されたメディアをゆっくりと通過し、希薄なメディアではより速く移動します。
著者らは、この圧縮/希薄化効果を使用して仮想レンズを作成できたと説明しています。
「超音波が媒体を伝播すると、超音波はその密度を変調し、したがってその局所的な屈折率を変調します。媒体は高圧領域で圧縮されるため、密度が高くなりますが、局所密度が低下する負圧領域では希薄になります。」
「その結果、圧力定在波は局所的な屈折率のコントラストを生み出します」と彼らは書いています。
さらに、外部からの超音波を調整または再構成することで、レンズを媒体の内側に移動させ、さまざまな領域に移動してさまざまな深度で画像を撮影することができます。
「超音波を使用して、特定のターゲット媒体内に仮想光リレーレンズを彫刻しました。これは、たとえば、生体組織である可能性があります」とChamanzar氏は言います。 「したがって、組織はレンズに変わり、より深い構造の画像をキャプチャして中継するのに役立ちます。」
研究者はさらに、この技術がどのように機能するのか、そしてなぜそれが体内を視覚化するための進歩的なステップであるのかを説明します。
「私たちの仕事が従来の音響光学法と異なるのは、生体組織である可能性のあるターゲット媒体自体を使用して、光が媒体を伝搬するときに光に影響を与えることです」とChamanzar氏は続けます。 「このその場での相互作用は、光の軌道を乱す[障害物]を相殺する機会を提供します。」
「医用画像に革命を起こす」技術
新しい技術のアプリケーションには、脳のイメージング、皮膚の状態の診断、さまざまな臓器の腫瘍の特定などがあります。この方法では、監視が必要な領域に応じて、ハンドヘルドデバイスまたはスキンパッチを使用できます。
医療専門家は、皮膚の表面に塗布するだけで、内視鏡検査の潜在的な副作用や不快感を感じることなく、内臓の画像を取得できます。
「物理的な光学部品を挿入することなく、脳などの臓器からの画像を中継できることは、侵襲性内視鏡を体内に移植するための重要な代替手段を提供します。」
メイサムチャマンザール
「この方法は、生物医学画像の分野に革命を起こすことができます」と彼は付け加えます。
「濁ったメディアは常に光学イメージングの障害と見なされてきました」と共著者のScopellitiは付け加えます。 「しかし、私たちは、そのようなメディアを味方に変換して、光が目的のターゲットに到達するのを助けることができることを示しました。」
「適切なパターンで超音波を作動させると、濁った媒体はすぐに透明になります。この方法が生物医学的応用からコンピュータービジョンまでの幅広い分野に与える潜在的な影響について考えることは、わくわくすることです。」
