Obecnie istnieje wiele metod i urządzeń używanych przez lekarzy do skanowania
Najczęściej stosowana jest radiografiametoda analizy stanu kości, narządów wewnętrznych, a także diagnostyki raka piersi. Kiedy promienie rentgenowskie przechodzą przez ludzkie ciało, pochodząca z nich energia jest pochłaniana przez różne części ciała z różną szybkością. Detektor po przeciwnej stronie urządzenia rejestruje tę prędkość i przekształca dane w obraz.
Części ciała, przez które przechodzą promieniewolniejsze, na przykład kości, wydają się białe na obrazie, podczas gdy mniej gęste (na przykład narządy wewnętrzne) mają ciemny odcień. Podczas prześwietlenia pacjent jest narażony na działanie niewielkiego promieniowania przez ułamek sekundy – samo w sobie nie stanowi to zagrożenia dla zdrowia. Jednak powtarzające się narażenie może prowadzić do przekroczenia dopuszczalnej dawki promieniowania i w efekcie spowodować uszczerbek na zdrowiu pacjenta.
Inny rodzaj diagnostyki wewnętrznejnarządów i tkanek – tomografia komputerowa – służy do określenia kształtu i wielkości nowotworów, uszkodzeń kości, monitorowania stanu naczyń krwionośnych i innych chorób.
Przed skanowaniem pacjenta do żołądka, krwi lubdo jelit wstrzykiwany jest barwnik, który sprawia, że obraz jest bardziej kontrastowy, a co za tym idzie, poprawia jego jakość. Podczas zabiegu pacjent zwykle leży na plecach na płaskim łóżku wsuwanym wewnątrz pierścienia tomografu komputerowego.
Badanie CT jest bezpieczną procedurą, ale jestprawdopodobieństwo alergii na barwnik u pacjenta. Ponadto w tego rodzaju badaniu pacjent jest narażony na promieniowanie rentgenowskie. Szacuje się, że ekspozycja podczas CT może nieznacznie zwiększyć ryzyko zachorowania na raka po wielu latach, chociaż uważa się, że ryzyko to jest bardzo małe (mniej niż 1 na 2000).
Rezonans magnetyczny (MRI)polega na umieszczeniu osoby w metalowym cylindrze i wykorzystuje zasadę jądrowego rezonansu magnetycznego do pomiaru różnicy pomiędzy wzbudzonymi atomami wodoru w różnych obszarach badanego obszaru. Ten rodzaj tomografii jest najskuteczniejszy podczas badania tkanek miękkich, takich jak rdzeń kręgowy i mózg, a także pustych narządów wewnętrznych, takich jak gruczoł krokowy, odbytnica i macica.
Opiera się na pozytonowej tomografii emisyjnej (PET).na badaniach radionuklidów tkanek i narządów i jest jedną z najpowszechniejszych metod diagnozowania różnych chorób onkologicznych.
Najbezpieczniejsza metoda jak dotądskanowanie - USG lub USG. Fale ultradźwiękowe wykorzystywane podczas zabiegu nie mają znanych skutków ubocznych – w przeciwieństwie do tomografii komputerowej, rezonansu magnetycznego czy zdjęć rentgenowskich, które narażają pacjenta na promieniowanie.
Ultradźwięki mają jednak istotne ograniczenie – aby urządzenie zadziałało, należy je docisnąć do skóry pacjenta, co w niektórych przypadkach jest niemożliwe, np. przy ciężkich oparzeniach.
Co wymyślili naukowcy?
W artykule opublikowanym w magazynie Light:Nauka i zastosowania Inżynierowie z MIT opisali system naśladujący możliwości aparatu ultradźwiękowego, ale wykorzystujący lasery umożliwiające skanowanie z odległości dwóch stóp od pacjenta.
W przeciwieństwie do promieni rentgenowskich, lasery tego nie robiąnie stwarzają zagrożenia dla zdrowia pacjenta nawet przy wielokrotnym narażeniu. Zastosowane w systemie lasery mają długość fali 1550 nm – fale takie są pochłaniane przez wodę i nie powodują większych uszkodzeń niż skierowanie wskaźnika laserowego na ludzką skórę.
Ponieważ skóra składa się głównie z wody,Promieniowanie laserowe jest absorbowane przez cząsteczki wody i prowadzi do ich ekspansji. To rozszerzanie i kurczenie się cząsteczek jest kontrolowane przez pulsacyjną wiązkę laserową, która wytwarza stabilne wibracje - fale dźwiękowe, podobne do tych, które powstają na powierzchni głośnika w odpowiedzi na sygnały elektryczne. Następnie te fale dźwiękowe rozprzestrzeniają się w ciele pacjenta - podobnie jak fale dźwiękowe z konwencjonalnego aparatu ultrasonograficznego.
Nowy system skanowania ultrasonograficznego
W aparacie ultradźwiękowym powracające fale dźwiękowe wychwytywane są przez mikrofon, w nowym systemie jego funkcję pełni laser odbiorczy, który pełni rolę czułego detektora ruchu.
Ponieważ fale dźwiękowe wchodzą w interakcjeróżne rodzaje tkanek, gdy penetrują ciało, wracają do normy z różną intensywnością i częstotliwością. Ponadto fale dźwiękowe wytwarzają wibracje na powierzchni skóry, które można wykryć i zmierzyć. Pomiary te są następnie przetwarzane za pomocą oprogramowania i algorytmów, co daje obraz tego, co znajduje się w ciele pacjenta.
Porównanie obrazu ultrasonograficznego (po lewej) z obrazem nowego systemu (po prawej)
Czy nowa metoda ma jakieś wady?
Podczas pierwszego etapu testów badaczewykorzystał nową konfigurację do skanowania metalowych obiektów umieszczonych w kulistej formie żelatynowej. Po wizualizacji danych za pomocą dostępnej na rynku sondy ultradźwiękowej naukowcy odkryli, że dwa obrazy uzyskane w testach były uspokajająco podobne.
Następnie naukowcy zeskanowali miękkie tkanki zwierząti doszedł do wniosku, że ultradźwięki laserowe mogą odróżnić bardziej subtelne cechy niż konwencjonalne ultradźwięki: granica między mięśniami, tłuszczem i kością.
W trzecim etapie przeprowadzili naukowcyeksperymentować na grupie ochotników. Po zeskanowaniu przedramion kilku zdrowych osób autorzy opracowania doszli do wniosku, że system dobrze określa granice tłuszczu, mięśni i tkanek. Były wyraźnie widoczne i porównywalne z obrazami uzyskanymi przy użyciu komercyjnych ultradźwiękowych czujników kontaktowych.
Badacze odkryli także szereg niedociągnięć wdziałanie systemu. Po pierwsze, podobnie jak w przypadku tradycyjnego USG, lasery są w stanie wniknąć w ciało pacjenta na głębokość zaledwie 6 cm pod powierzchnię skóry – a dokładniej lekarze nie są w stanie zobaczyć narządów wewnętrznych i kości znajdujących się na większych głębokościach.
Po drugie, dokładność obrazu dozwolona przez lasery jest wciąż niższa niż w przypadku ultradźwięków. Rozdzielczość obrazu wciąż nie wystarcza do wykrycia chorób z prawdopodobieństwem bliskim 90%.
Obrazy z nowego systemu skanowania ultrasonograficznego
Teraz naukowcy pracują nad rozszerzeniem możliwości systemu, w tym nad zwiększeniem rozdzielczości zdjęć wykonywanych za jego pomocą.
Następnym krokiem jest zmniejszenie wielkości sprzętu iuczynić przenośnym zarówno skanowanie, jak i przetwarzanie obrazu. Według naukowców jest to szczególnie ważny krok - zdalne skanowanie ciała pozwoli na wykonanie procedury bez udziału wysoko wykwalifikowanego specjalisty. Innymi słowy, pacjenci będą mogli przeprowadzić procedurę samodzielnie w domu.
Co jest nie tak z rozwojem?
Co dziwne, brak jakichkolwieknegatywnym wpływem na zdrowie pacjenta może być problem nowej metody skanowania. W przeciwieństwie do badania rentgenowskiego, którego zachowanie można określić przez niewielki wzrost promieniowania tła osoby, zdalne badanie ultrasonograficzne nie pozostawia żadnych śladów. Umożliwi to uzyskanie danych na temat zdrowia ludzkiego bez jego wiedzy - po prostu skanując je z odległości pół metra. Sam człowiek najprawdopodobniej nigdy się nie dowie.
To założenie brzmi jak science fiction,jeśli jednak naukowcom uda się stworzyć przenośne urządzenie do zdalnego skanowania, może stać się rzeczywistością. Dane dotyczące zdrowia ludzi mogą hipotetycznie zainteresować banki i firmy ubezpieczeniowe, a także firmy szkolące sztuczną inteligencję lub zbierające zestawy danych.