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    Imágenes ópticas asistidas por ultrasonido para reemplazar la endoscopia en un descubrimiento revolucionario

    Los investigadores de Carnegie Mellon han desarrollado un método novedoso para utilizar el ultrasonido para guiar la luz a través del tejido para obtener imágenes endoscópicas no invasivas de órganos y tejidos profundos sin cirugía ni procedimientos invasivos. Crédito:Facultad de Ingeniería de la Universidad Carnegie Mellon

    Maysam Chamanzar, profesora adjunta de Ingeniería Eléctrica e Informática (ECE) de la Universidad Carnegie Mellon y Ph.D. de ECE. El estudiante Matteo Giuseppe Scopelliti publicó hoy una investigación que presenta una técnica novedosa que utiliza el ultrasonido para tomar imágenes ópticas de forma no invasiva a través de un medio turbio, como tejido biológico, para obtener imágenes de los órganos del cuerpo. Este nuevo método tiene el potencial de eliminar la necesidad de exámenes visuales invasivos con cámaras endoscópicas.

    En otras palabras:un día, Es posible que ya no sea necesario insertar los osciloscopios en el cuerpo, como por la garganta o debajo de la piel, llegar al estómago, cerebro, o cualquier otro órgano para su examen.

    Imágenes endoscópicas, o el uso de cámaras insertadas directamente dentro de los órganos del cuerpo para investigar los síntomas, es un procedimiento invasivo que se utiliza para examinar y diagnosticar los síntomas de una enfermedad de los tejidos profundos. Generadores de imágenes endoscópicos, o cámaras en el extremo de los tubos o cables del catéter, generalmente se implantan mediante un procedimiento médico o una cirugía para llegar a los tejidos profundos del cuerpo, pero la nueva técnica de Chamanzar proporciona una alternativa completamente no quirúrgica y no invasiva.

    El artículo del laboratorio publicado en Luz:ciencia y aplicaciones , una revista publicada por Springer Nature, muestra que pueden usar el ultrasonido para crear una "lente" virtual dentro del cuerpo, en lugar de implantar una lente física. Mediante el uso de patrones de ondas ultrasónicas, los investigadores pueden "enfocar" eficazmente la luz dentro del tejido, lo que les permite tomar imágenes nunca antes accesibles a través de medios no invasivos.

    El tejido biológico puede bloquear la mayor parte de la luz, especialmente luz en el rango visible del espectro óptico. Por lo tanto, Los métodos actuales de obtención de imágenes ópticas no pueden utilizar la luz para acceder al tejido profundo de la superficie. El laboratorio de Chamanzar, sin embargo, ha utilizado ultrasonido no invasivo para inducir una mayor transparencia y permitir una mayor penetración de la luz a través de medios turbios, como tejido biológico.

    "Ser capaz de transmitir imágenes de órganos como el cerebro sin la necesidad de insertar componentes ópticos físicos proporcionará una alternativa importante a la implantación de endoscopios invasivos en el cuerpo, ", dice Chamanzar." Usamos ondas de ultrasonido para esculpir una lente de relé óptico virtual dentro de un medio objetivo determinado, que por ejemplo, puede ser tejido biológico. Por lo tanto, el tejido se convierte en una lente que nos ayuda a capturar y transmitir las imágenes de estructuras más profundas. Este método puede revolucionar el campo de las imágenes biomédicas ".

    Las ondas de ultrasonido pueden comprimir y enrarecer, o delgado, cualquier medio por el que estén fluyendo. En regiones comprimidas, la luz viaja más lentamente en comparación con las regiones enrarecidas. En este papel, el equipo muestra que este efecto de compresión y enrarecimiento se puede utilizar para esculpir una lente virtual en el medio objetivo para la obtención de imágenes ópticas. Esta lente virtual se puede mover sin perturbar el medio simplemente reconfigurando las ondas de ultrasonido desde el exterior. Esto permite obtener imágenes de diferentes regiones de destino, todo de forma no invasiva.

    El método publicado es una tecnología de plataforma que se puede aplicar en muchas aplicaciones diferentes. En el futuro, se puede implementar en forma de dispositivo de mano o parche de superficie portátil, dependiendo del órgano que se esté fotografiando. Al colocar el dispositivo o el parche en la piel, el médico podría recibir fácilmente información óptica desde el interior del tejido para crear imágenes de lo que está adentro sin las muchas molestias y efectos secundarios de la endoscopia.

    Las aplicaciones actuales más cercanas para esta tecnología serían las imágenes endoscópicas del tejido cerebral o las imágenes debajo de la piel. pero esta técnica también se puede utilizar en otras partes del cuerpo para obtener imágenes. Más allá de las aplicaciones biomédicas, esta técnica se puede utilizar para imágenes ópticas en visión artificial, metrología, y otras aplicaciones industriales para permitir la formación de imágenes direccionables y no destructivas de objetos y estructuras a escala micrométrica.

    Los investigadores demostraron que las propiedades de la "lente" virtual se pueden ajustar cambiando los parámetros de las ondas ultrasónicas, permitiendo a los usuarios "enfocar" imágenes tomadas usando el método a diferentes profundidades a través del medio. Mientras que la LSA el papel se centra en la eficacia del método para aplicaciones más cercanas a la superficie, El equipo aún tiene que encontrar el límite de la profundidad a la que puede llegar este método de obtención de imágenes ópticas asistido por ultrasonidos dentro del tejido del cuerpo.

    "Lo que distingue nuestro trabajo de los métodos acústico-ópticos convencionales es que estamos utilizando el medio objetivo en sí, que puede ser tejido biológico, para afectar la luz a medida que se propaga a través del medio, ", explica Chamanzar." Esta interacción in situ brinda oportunidades para contrarrestar las no idealidades que perturban la trayectoria de la luz ".

    Esta técnica tiene muchas aplicaciones clínicas potenciales, como diagnosticar enfermedades de la piel, monitorear la actividad cerebral, y diagnóstico y terapia fotodinámica para identificar y atacar tumores malignos.

    Además de las implicaciones directas que tiene esta investigación en la medicina clínica, también tendrá aplicaciones clínicas indirectas. Al utilizar esta tecnología acústico-óptica para ver modelos de ratones de trastornos cerebrales en acción y estimular selectivamente diferentes vías neuronales, los investigadores podrían estudiar los mecanismos implicados en enfermedades como el Parkinson, informando el diseño de intervenciones terapéuticas clínicas de próxima generación para tratar estas enfermedades en humanos.

    "Los medios turbios siempre se han considerado obstáculos para la obtención de imágenes ópticas, ", dice Scopelliti." Pero hemos demostrado que esos medios se pueden convertir en aliados para ayudar a que la luz alcance el objetivo deseado. Cuando activamos el ultrasonido con el patrón adecuado, el medio turbio se vuelve inmediatamente transparente. Es emocionante pensar en el impacto potencial de este método en una amplia gama de campos, desde las aplicaciones biomédicas hasta la visión por computadora ".

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