超声波光学成像，隔物拍物，将取代内窥镜的突破性发现！卡耐基梅隆大学电子与计算机工程(ECE)助理教授Maysam Chamanzar和ECE博士生Matteo Giuseppe Scopelliti现在发表了一项新研究，该研究介绍了一种新技术，利用超声波通过生物组织等浑浊的介质无创地拍摄光学图像，以成像人体器官。这种新方法有潜力消除取代使用内镜摄像机进行侵入性视觉检查的需要。换句话说：有一天，显微镜可能不再需要插入身体。
比如喉咙或皮肤下，以到达胃、大脑或任何其他器官进行检查。内窥镜成像，或使用直接插入人体器官内的摄像机来调查症状，是一种用于检查和诊断深部组织疾病症状的侵入性程序。内窥镜成象仪，或导管或导线末端的照相机，通常是通过医疗程序或手术植入体内，以达到人体深层组织，但新技术提供了一种完全非手术和非侵入性的替代方法。该实验室发表在《光:科学与应用》期刊上的研究论文表明，可以利用超声波在体内制造一个虚拟的“透镜”，而不是植入一个物理透镜。
通过使用超声波模式，研究人员可以有效地“聚焦”组织内的光，这使科学家们能够拍摄以前从未通过非侵入性手段获得的图像。生物组织能够阻挡大部分的光，特别是在可见光谱范围内的光。因此，目前的光学成像方法不能利用光从表面进入深层组织。然而，Chamanzar的实验室已经使用非侵入性超声波来诱导更大的透明度，从而使更多光线穿透浑浊的介质，如生物组织。Chamanzar说：能够在不需要插入物理光学设备的情况下，传输来自大脑等器官的图像。
将为在体内植入侵入性内窥镜提供一个重要的替代方案。使用超声波在特定的目标介质中塑造了一个虚拟光学中继透镜，例如，可以是生物组织。因此，组织被转化成一个透镜，帮助捕捉和传递更深层次结构的图像，这种方法可以彻底改变生物医学成像领域。超声波能够压缩、稀薄或变薄，无论它们流经何种介质。在压缩区域，光的传播速度比稀薄区域要慢。在新研究论文中，研究小组表明，这种压缩和稀薄效应可以用于在光学成像的目标介质中塑造虚拟透镜。
这种虚拟透镜可以在不干扰介质的情况下移动，只需从外部重新配置超声波即可，这使得成像不同的目标区域，所有非侵入性。发布的方法是一种平台技术，可以应用于许多不同的应用。在未来，可以以手持设备或可穿戴表面贴片的形式实现，这取决于被成像的器官。通过将该设备或贴片贴在皮肤上，临床医生可以很容易地接收到组织内部的光学信息，从而创建内部的图像，而无需内镜带来的诸多不适和副作用。目前这项技术最接近的应用是内窥镜成像脑组织或皮下成像。
但这项技术也可以用于身体的其他部位成像，除了生物医学应用之外，该技术还可用于机器视觉、计量学和其他工业应用中的光学成像，以实现对物体和结构的微米级无损和可控成像。研究人员表示，虚拟“透镜”的特性可以通过改变超声波参数来调整，可使用户通过介质在不同深度“聚焦”图像。虽然LSA研究关注的是这种方法在更接近表面应用中的有效性，但研究团队还没有找到这种超声辅助光学成像方法在人体组织内部能够达到的深度极限。
Chamanzar说：我们的研究与传统声光方法的不同之处在于，使用的是目标介质本身，它可以是生物组织，当光在介质中传播时，它会影响光。这种原位相互作用提供了平衡非理想干扰光的轨迹的机会。该技术有许多潜在的临床应用，如诊断皮肤病、监测脑活动、诊断和光动力疗法，以识别和靶向恶性肿瘤。这项研究除了对临床医学具有直接意义外，还将具有间接的临床应用。
博科园｜研究/来自：卡内基梅隆大学
参考期刊《光：科学与应用》《自然通讯》
DOI: 10.1038/s41467-018-07856-w
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