La fine dell’endoscopia? La nuova tecnica potrebbe essere il futuro dell’imaging medico

La ricerca rivoluzionaria mette in mostra un’innovativa tecnica di imaging che utilizza gli ultrasuoni per fornire immagini approfondite in modo non invasivo.

L’endoscopia è attualmente uno dei metodi più comuni per l’imaging medico. I suoi usi includono la diagnosi di condizioni che colpiscono i polmoni, il colon, la gola e il tratto gastrointestinale.

Durante un’endoscopia , i professionisti medici inseriscono un endoscopio – un tubo lungo e sottile con una luce forte e una piccola telecamera all’estremità – in una piccola apertura, come la bocca o una piccola incisione che un chirurgo esegue.

Le endoscopie sono una procedura invasiva, anche se minimamente. Possono creare disagio e non sono senza rischi. I potenziali effetti collaterali delle endoscopie includono crampi, dolore persistente o persino perforazione dei tessuti e sanguinamento interno minore.

Ora, una scoperta innovativa potrebbe porre fine all’endoscopia. Maysam Chamanzar, assistente professore di ingegneria elettrica e informatica presso la Carnegie Mellon University di Pittsburgh, in Pennsylvania, e Matteo Giuseppe Scopelliti, ricercatore di dottorato nello stesso dipartimento, hanno ideato una tecnica di imaging ad ultrasuoni non invasiva che promette di sostituire l’endoscopio.

I ricercatori descrivono in dettaglio la loro nuova tecnica sulla rivista Light: Science and Applications .

Sostituzione dell’obiettivo fisico con un obiettivo virtuale

Chamanzar e Scopelliti spiegano nel loro articolo che il tessuto biologico, essendo un mezzo torbido (o denso e opaco), limita le possibilità dei metodi ottici.

In particolare, il tessuto è costituito da particelle e membrane di grandi dimensioni e limita la profondità e la risoluzione delle immagini ottiche, “specialmente nella gamma visibile e nell’infrarosso vicino dello spettro”.

La nuova tecnica, tuttavia, utilizza gli ultrasuoni per ideare una “lente virtuale” nel corpo invece di inserirne una fisica. L’operatore può quindi regolare l’obiettivo “modificando le onde di pressione ultrasonica all’interno del supporto”, scrivendo gli autori e quindi acquisendo immagini di profondità che non erano mai state accessibili prima, usando mezzi non invasivi.

Le onde ultrasoniche possono comprimere o rarefarre il mezzo in cui penetrano. La luce viaggia più lentamente attraverso i supporti compressi e più rapidamente nei supporti rarefatti.

Gli autori spiegano che sono stati in grado di creare l’obiettivo virtuale utilizzando questo effetto di compressione / rarefazione:

“Man mano che le onde ultrasoniche si propagano attraverso il mezzo, modulano la sua densità e quindi il suo indice di rifrazione locale; il mezzo viene compresso nelle regioni ad alta pressione, con conseguente maggiore densità, mentre è rarefatto nelle aree a pressione negativa in cui la densità locale è ridotto.”

“Di conseguenza”, scrivono, “l’onda stazionaria di pressione crea un contrasto di indice di rifrazione locale”.

Inoltre, la regolazione o la riconfigurazione delle onde ultrasoniche dall’esterno può spostare l’obiettivo all’interno del mezzo, consentendogli di spostarsi in regioni diverse e acquisire immagini a diverse profondità.

“Abbiamo usato le onde ad ultrasuoni per scolpire una lente a relè ottico virtuale all’interno di un dato mezzo target, che, ad esempio, può essere tessuto biologico”, afferma Chamanzar.”Pertanto, il tessuto viene trasformato in una lente che ci aiuta a catturare e trasmettere le immagini di strutture più profonde.”

Il ricercatore spiega inoltre come funziona la tecnica e perché è un passo progressivo per la visualizzazione all’interno del corpo.

“Ciò che distingue il nostro lavoro dai tradizionali metodi acusto-ottici è che stiamo usando il mezzo target stesso, che può essere tessuto biologico, per influenzare la luce mentre si propaga attraverso il mezzo”, continua Chamanzar. “Questa interazione in situ offre l’opportunità di controbilanciare gli [ostacoli] che disturbano la traiettoria della luce.”

Tecnica per “rivoluzionare l’imaging medico”

Alcune delle applicazioni della nuova tecnica includono l’imaging del cervello, la diagnosi delle condizioni della pelle e l’identificazione dei tumori in vari organi. Il metodo potrebbe coinvolgere un dispositivo portatile o una patch skin, a seconda dell’area che deve essere monitorata.

Applicandolo semplicemente sulla superficie della pelle, gli operatori sanitari potrebbero ottenere immagini di organi interni senza i potenziali effetti collaterali e le spiacevoli conseguenze di un’endoscopia.

“Essere in grado di trasmettere immagini da organi, come il cervello, senza la necessità di inserire componenti ottici fisici fornirà un’importante alternativa all’impianto di endoscopi invasivi nel corpo”.

Maysam Chamanzar

“Questo metodo può rivoluzionare il campo dell’imaging biomedico”, aggiunge.

“I supporti torbidi sono sempre stati considerati ostacoli per l’imaging ottico”, aggiunge il coautore Scopelliti. “Ma abbiamo dimostrato che tali media possono essere convertiti in alleati per aiutare la luce a raggiungere l’obiettivo desiderato.”

“Quando attiviamo gli ultrasuoni con lo schema corretto, il mezzo torbido diventa immediatamente trasparente. È emozionante pensare al potenziale impatto di questo metodo su una vasta gamma di campi, dalle applicazioni biomediche alla visione artificiale.”