Maysam Chamanzar, professor assistente de Engenharia Elétrica e de Computação (ECE) da Carnegie Mellon University e Ph.D. da Universidade Carnegie Mellon. o estudante Matteo Giuseppe Scopelliti publicou hoje uma pesquisa que apresenta uma nova técnica que usa ultrassom para obter imagens ópticas de forma não invasiva por meio de um meio turvo, como o tecido biológico, para obter imagens dos órgãos do corpo. Esse novo método tem o potencial de eliminar a necessidade de exames visuais invasivos com câmeras endoscópicas.

Em outras palavras:um dia, os escopos podem não precisar mais ser inseridos no corpo, como na garganta ou sob a pele, para chegar ao estômago, cérebro, ou quaisquer outros órgãos para exame.

Imagem endoscópica, ou usando câmeras inseridas diretamente dentro dos órgãos do corpo para investigar os sintomas, é um procedimento invasivo usado para examinar e diagnosticar sintomas de doenças dos tecidos profundos. Imageadores endoscópicos, ou câmeras na extremidade dos tubos ou fios do cateter, são geralmente implantados por meio de um procedimento médico ou cirurgia para atingir os tecidos profundos do corpo, mas a nova técnica de Chamanzar oferece uma alternativa completamente não cirúrgica e não invasiva.

Artigo do laboratório publicado em Luz:Ciência e Aplicações , um jornal publicado pela Springer Nature, mostra que eles podem usar ultrassom para criar uma "lente" virtual dentro do corpo, em vez de implantar uma lente física. Usando padrões de ondas ultrassônicas, os pesquisadores podem efetivamente "focalizar" a luz dentro do tecido, o que lhes permite tirar imagens nunca antes acessíveis por meios não invasivos.

O tecido biológico é capaz de bloquear a maior parte da luz, especialmente luz na faixa visível do espectro óptico. Portanto, os métodos de imagem óptica atuais não podem usar luz para acessar o tecido profundo da superfície. Laboratório de Chamanzar, Contudo, usou ultrassom não invasivo para induzir mais transparência e permitir maior penetração da luz através de meios turvos, como 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 o implante de endoscópios invasivos no corpo, "diz Chamanzar." 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. Portanto, o tecido é transformado em uma lente que nos ajuda a capturar e retransmitir as imagens de estruturas mais profundas. Este método pode revolucionar o campo da imagem biomédica. "

As ondas de ultrassom são capazes de comprimir e rarear, ou fino, seja qual for o meio pelo qual estão fluindo. Em regiões comprimidas, a luz viaja mais lentamente em comparação com regiões rarefeitas. Nesse artigo, a equipe mostra que este efeito de compressão e raraficação pode ser usado para esculpir uma lente virtual no meio alvo para imagens ópticas. Essa lente virtual pode ser movida sem perturbar o meio, simplesmente reconfigurando as ondas de ultrassom de fora. Isso permite a imagem de diferentes regiões-alvo, tudo de forma não invasiva.

O método publicado é uma tecnologia de plataforma que pode ser aplicada em muitas aplicações diferentes. No futuro, pode ser implementado na forma de um dispositivo portátil ou patch de superfície vestível, dependendo do órgão que está sendo fotografado. Ao colocar o dispositivo ou adesivo na pele, o clínico seria capaz de receber facilmente informações ópticas de dentro do tecido para criar imagens do que está dentro sem os muitos desconfortos e efeitos colaterais da endoscopia.

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

Os pesquisadores mostraram que as propriedades da "lente" virtual podem ser ajustadas alterando os parâmetros das ondas ultrassônicas, permitindo que os usuários "focalizem" imagens tiradas usando o método em diferentes profundidades através do meio. Enquanto o LSA papel é focado na eficácia do método para aplicações mais próximas da superfície, a equipe ainda não encontrou o limite de quão profundo dentro do tecido do corpo esse método de imagem ótica assistida por ultrassom pode chegar.

"O que distingue o nosso trabalho dos métodos acústico-ópticos convencionais é que estamos usando o próprio meio-alvo, que pode ser tecido biológico, para afetar a luz à medida que ela se propaga pelo meio, "explica Chamanzar." Esta interação in situ oferece oportunidades para contrabalançar as não-idealidades que perturbam a trajetória da luz. "

Esta técnica tem muitas aplicações clínicas potenciais, como o diagnóstico de doenças de pele, monitorando a atividade cerebral, e diagnóstico e terapia fotodinâmica para identificação e direcionamento de tumores malignos.

Além das implicações diretas que esta pesquisa tem na medicina clínica, também terá aplicações clínicas indiretas. Ao usar esta tecnologia acústico-óptica para visualizar modelos de ratos de distúrbios cerebrais em ação e estimular seletivamente diferentes vias neurais, pesquisadores seriam capazes de estudar os mecanismos envolvidos nas condições de doença, como o mal de Parkinson, informando o projeto de intervenções terapêuticas clínicas de próxima geração para tratar essas doenças em humanos.

"Meios turvos sempre foram considerados obstáculos para imagens ópticas, "diz Scopelliti." Mas mostramos que tais meios podem ser convertidos em aliados para ajudar a luz a atingir o alvo desejado. Quando ativamos o ultrassom com o padrão adequado, o meio turvo torna-se imediatamente transparente. É emocionante pensar sobre o impacto potencial deste método em uma ampla gama de campos, de aplicações biomédicas à visão computacional. "