Laser

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Pesquisadores do MIT Lincoln Laboratory e seus colaboradores do Massachusetts General Hospital (MGH) Center for Ultrasound Research and Translation (CURT) desenvolveram um novo dispositivo de imagem médica: o Noncontact Laser Ultrasound (NCLUS). Este sistema de ultrassom baseado em laser fornece imagens de características internas do corpo, como órgãos, gordura, músculos, tendões e vasos sanguíneos. O sistema também mede a resistência óssea e pode ter o potencial de rastrear os estágios da doença ao longo do tempo.

“Nosso conceito patenteado de sistema de laser seguro para a pele busca transformar o ultrassom médico, superando as limitações associadas às sondas de contato tradicionais”, explica o investigador principal Robert Haupt, membro sênior da equipe do Grupo de Sistemas Ópticos Ativos do Lincoln Laboratory. Haupt e o membro sênior da equipe Charles Wynn são co-inventores da tecnologia, com o líder assistente do grupo Matthew Stowe fornecendo liderança técnica e supervisão do programa NCLUS. Rajan Gurjar é o líder do integrador de sistemas, com Jamie Shaw, Bert Green, Brian Boitnott (agora na Universidade de Stanford) e Jake Jacobsen colaborando na engenharia óptica e mecânica e na construção do sistema.

Ultrassom médico na prática

Se o seu médico solicitar um ultrassom, você pode esperar que um ultrassonografista altamente treinado pressione e manipule uma série de transdutores, colocados em um dispositivo portátil, em seu corpo. À medida que o ultrassonografista empurra a sonda do transdutor através da pele, ondas acústicas de alta frequência (ondas de ultrassom) penetram e se propagam através do tecido do corpo, onde "ecoam" em diferentes estruturas e características do tecido. Esses ecos se manifestam a partir da impedância acústica, ou mudança na resistência do tecido (suavidade ou rigidez do tecido), de gordura, músculos, órgãos, vasos sanguíneos e ossos nas profundezas do corpo. A sonda recebe os ecos de retorno, que são montados em imagens representativas das características internas do corpo. Esquemas de processamento especializados (processamento de abertura sintética) são usados ​​para construir as formas das características do tecido em 2D ou 3D, e essas construções são então exibidas em um monitor de computador em tempo real.

Usando o ultrassom, os médicos podem "ver" de forma não invasiva o interior do corpo para obter imagens de diversos tecidos e suas geometrias. O ultrassom também pode medir o fluxo sanguíneo pulsando através de artérias e veias e pode caracterizar as propriedades mecânicas (elastografia) de tecidos e órgãos. O ultrassom é usado rotineiramente para auxiliar os médicos na avaliação e diagnóstico de uma variedade de condições de saúde, doenças e lesões. Por exemplo, o ultrassom pode ser usado para obter imagens da anatomia de um feto em desenvolvimento, detectar tumores e medir o grau de estreitamento ou vazamento nas válvulas cardíacas. Variando de dispositivos portáteis em um iPhone a sistemas baseados em carrinhos, o ultrassom é altamente portátil, relativamente barato e amplamente utilizado em locais de atendimento e em campo remoto.

Limitações do ultrassom

Embora os sistemas de ultrassom médico de última geração possam resolver as características dos tecidos em frações de milímetro, a técnica tem algumas limitações. A manipulação à mão livre da sonda pelos ultrassonografistas para obter a melhor janela de visualização do interior do corpo leva a erros de imagem. Mais especificamente, à medida que os ultrassonografistas aplicam pressão à sonda pelo tato, eles comprimem aleatoriamente o tecido local onde a sonda faz contato, causando alterações imprevisíveis nas propriedades do tecido que afetam os caminhos de deslocamento das ondas de ultrassom. Essa compressão distorce as imagens das características dos tecidos com alguma imprevisibilidade, o que significa que as formas das características não são plotadas com precisão. Além disso, inclinar a sonda, mesmo que ligeiramente, altera o plano angular da visualização da imagem – distorcendo a imagem e criando incerteza sobre onde os recursos estão posicionados no corpo.

A distorção da imagem e a incerteza de referência posicional são suficientemente significativas para que o ultrassom não consiga resolver com confiança suficiente, por exemplo, se um tumor está ficando maior ou menor e precisamente onde o tumor está localizado no tecido hospedeiro. Além disso, a incerteza no tamanho, formato e posição da característica variará com a repetição da medição, mesmo para o mesmo ultrassonografista tentando refazer seus passos. Esta incerteza, denominada variabilidade do operador, é mais grave quando diferentes ultrassonografistas tentam a mesma medição, levando à variabilidade entre operadores. Devido a essas desvantagens, o ultrassom é frequentemente impedido de rastrear tumores cancerígenos e outros estados de doença. Em vez disso, métodos como a ressonância magnética (RM) e a tomografia computorizada (TC) são obrigatórios para acompanhar a evolução das doenças - mesmo com o seu custo muito mais elevado, maior tamanho e complexidade do sistema e risco de radiação imposto.