Kesehatan Sains & Teknologi

Terobosan Alternatif Endoskopi dengan Pencitraan Optik Berbasis USG

Asisten Profesor Teknik Elektro dan Komputer (ECE) Universitas Carnegie, Mellon Maysam Chamanzar, dan Matteo Giuseppe Scopelliti menerbitkan penelitian yang memperkenalkan teknik baru yang menggunakan ultrasonografi untuk mengambil gambar optik secara non-invasif melalui media keruh seperti jaringan biologis ke organ tubuh gambar. Metode baru ini memiliki potensi untuk menghilangkan kebutuhan akan ujian visual invasif menggunakan kamera endoskopi.

Dengan kata lain: suatu hari, endoskop mungkin tidak perlu lagi dimasukkan ke dalam tubuh, seperti ke tenggorokan atau di bawah kulit, untuk mencapai perut, otak, atau organ lain untuk diperiksa.

Pencitraan endoskopi, atau menggunakan kamera yang dimasukkan langsung ke dalam organ tubuh untuk menyelidiki gejala, adalah prosedur invasif yang digunakan untuk memeriksa dan mendiagnosis gejala penyakit jaringan dalam. Pencitra endoskopi, atau kamera di ujung tabung atau kabel kateter, biasanya ditanamkan melalui prosedur medis atau operasi untuk mencapai jaringan dalam tubuh, tetapi teknik baru Chamanzar memberikan alternatif yang sepenuhnya non-bedah dan non-invasif.

Makalah laboratorium yang diterbitkan di Light: Science and Applications, sebuah jurnal yang diterbitkan oleh Springer Nature, menunjukkan bahwa mereka dapat menggunakan USG untuk membuat “lensa” virtual di dalam tubuh, daripada menanamkan lensa fisik. Dengan menggunakan pola gelombang ultrasonik, para peneliti dapat secara efektif “memfokuskan” cahaya dalam jaringan, yang memungkinkan mereka untuk mengambil gambar yang sebelumnya tidak dapat diakses melalui cara non-invasif.

Jaringan biologis mampu memblokir sebagian besar cahaya, terutama cahaya dalam rentang yang terlihat dari spektrum optik. Oleh karena itu, metode pencitraan optik saat ini tidak dapat menggunakan cahaya untuk mengakses jaringan dalam dari permukaan. Laboratorium Chamanzar, bagaimanapun, telah menggunakan ultrasound non-invasif untuk mendorong lebih banyak transparansi untuk memungkinkan lebih banyak penetrasi cahaya melalui media keruh, seperti jaringan biologis .

“Mampu menyampaikan gambar dari organ seperti otak tanpa perlu memasukkan komponen optik fisik akan memberikan alternatif penting bagi endoskopi invasif dalam tubuh,” kata Chamanzar. “Kami menggunakan gelombang ultrasonik untuk membentuk lensa relai optik virtual dalam media target yang diberikan, yang misalnya, dapat berupa jaringan biologis. Oleh karena itu, jaringan diubah menjadi lensa yang membantu kami menangkap dan menyampaikan gambar struktur yang lebih dalam. Metode ini dapat merevolusi bidang pencitraan biomedis.

Gelombang ultrasonik mampu melakukan kompresi pada media apap pun yang mengalir. Di daerah terkompresi, cahaya bergerak lebih lambat dibandingkan dengan daerah yang dijernihkan. Efek kompresi dan penghalusan ini dapat digunakan untuk membantuk lensa virtual pada media target untuk pencitraan optikLensa virtual ini dapat dipindah-pindahkan tanpa mengganggu medianya hanya dengan mengkonfigurasi ulang gelombang ultrasonik dari luar. Ini memungkinkan pencitraan wilayah target yang berbeda, semuanya secara non-invasif.

Metode ini menjadi platform teknologi yang dapat diterapkan di berbagai aplikasi. Di masa depan, itu dapat diimplementasikan dalam bentuk perangkat genggam atau tambalan permukaan yang dapat dikenakan, tergantung pada organ yang dicitrakan. Dengan menempatkan perangkat atau tambalan pada kulit, dokter akan dapat dengan mudah menerima informasi optik dari dalam jaringan untuk membuat gambar dari apa yang ada di dalamnya tanpa banyak ketidaknyamanan dan efek samping endoskopi.

Aplikasi terdekat saat ini untuk teknologi ini adalah pencitraan jaringan otak atau pencitraan endoskopi di bawah kulit, tetapi teknik ini juga dapat digunakan di bagian lain tubuh untuk pencitraan. Selain aplikasi biomedis, teknik ini dapat digunakan untuk pencitraan optik dalam visi mesin, metrologi, dan aplikasi industri lainnya untuk memungkinkan pencitraan objek dan struktur yang non-destruktif dan dapat dikendalikan pada skala mikron.

Para peneliti menunjukkan bahwa sifat-sifat “lensa” virtual dapat disetel dengan mengubah parameter gelombang ultrasonik, yang memungkinkan pengguna untuk “memfokuskan” gambar yang diambil menggunakan metode pada kedalaman berbeda melalui medium. 

Teknik ini memiliki banyak aplikasi klinis potensial, seperti mendiagnosis penyakit kulit, memantau aktivitas otak, dan diagnosis dan terapi fotodinamik untuk mengidentifikasi dan menargetkan tumor ganas.

Selain implikasi langsung yang dimiliki penelitian ini pada kedokteran klinis, penelitian ini juga akan memiliki aplikasi klinis tidak langsung.  Para peneliti juga akan dapat mempelajari mekanisme yang terlibat dalam kondisi penyakit seperti Parkinson, menginformasikan desain intervensi terapi klinis generasi berikutnya untuk mengobati penyakit ini pada manusia.

“Media keruh selalu dianggap sebagai hambatan untuk pencitraan optik,” kata Scopelliti. “Tetapi kami telah menunjukkan bahwa media semacam itu dapat dikonversi menjadi sekutu untuk membantu cahaya mencapai target yang diinginkan. Ketika kami mengaktifkan ultrasound dengan pola yang tepat, media keruh segera menjadi transparan. Sangat menarik untuk memikirkan dampak potensial dari metode ini pada berbagai bidang, dari aplikasi biomedis hingga visi komputer. “