突破性研究展示了一种创新的成像技术，利用超声波以无创的方式提供深度图像。
内窥镜检查目前是医学成像最常用的方法之一。它的用途包括诊断影响肺部、结肠、喉咙和胃肠道的疾病。
在内窥镜检查过程中，医学专业人员将一根长而细、光线强的管子和末端的一个小照相机插入一个小口，如口腔或外科医生开的一个小口。
内窥镜检查是一种侵入性手术，尽管是微创手术。它们会造成不适，并不是没有风险。内窥镜的潜在副作用包括过度肿胀、抽筋、持续疼痛，甚至组织穿孔和轻微内出血。
现在，一项创新发现可能会彻底结束内窥镜检查。宾夕法尼亚州匹兹堡卡内基梅隆大学电气和计算机工程助理教授Maysam Chamanzar和同一部门的博士研究员Matteo Giuseppe Scopelliti设计了一种无创超声成像技术，有望取代内窥镜。
研究人员在《光：科学与应用》杂志上详细介绍了他们的新技术。
用虚拟镜头替换物理镜头
Chamanzar和Scopelliti在他们的论文中解释说，生物组织是一种混浊（或密集和不透明）的介质，限制了光学方法的可能性。
具体来说，这种组织由大颗粒和薄膜构成，限制了光学成像的深度和分辨率，“尤其是在可见光和近红外光谱范围内”。
然而，这项新技术利用超声波在人体内设计了一个“虚拟透镜”，而不是植入一个实体透镜。然后操作者可以通过“改变介质内部的超声波压力波”来调整镜头，这样就可以用非侵入性的方法拍摄以前从未有过的深度图像。
超声波可以压缩或稀缺其穿透的介质。光在压缩介质中传播更慢，在稀薄介质中传播更快。
作者解释说，他们能够通过使用这种压缩/稀疏效果来创建虚拟镜头：
“当超声波通过介质传播时，它们调制其密度，从而调节其局部折射率;介质在高压区域被压缩，导致更高的密度，而在局部密度的负压区域则被稀释。降低了。”
“结果，”他们写道，“压力驻波产生局部折射率对比度。”
此外，调整或重新配置来自外部的超声波可以在介质内部移动透镜，使其能够移动到不同的区域并在不同的深度拍摄图像。
Chamanzar说：“我们利用超声波在给定的目标介质中雕刻出一个虚拟的光学中继透镜，例如，目标介质可以是生物组织。”因此，组织被转变成一个透镜，帮助我们捕捉和传递深层结构的图像。”
研究人员进一步解释了这项技术是如何工作的，以及为什么它是一个渐进的步骤来可视化身体内部。
“我们的工作与传统的声光方法的不同之处在于，我们正在使用目标介质本身，它可以是生物组织，在光通过介质时影响光，”Chamanzar继续说道。 “这种原位相互作用为抵消扰乱光线轨迹的[障碍]提供了机会。”
“医学影像革命化”技术
这项新技术的一些应用包括脑成像、诊断皮肤状况和识别不同器官的肿瘤。根据需要监测的区域，该方法可能涉及手持设备或皮肤贴片。
通过简单地将其施用于皮肤表面，医疗保健专业人员可以获得内部器官的图像而没有潜在的副作用和内窥镜检查的不愉快。
“能够从大脑等器官传递图像，而无需插入物理光学元件，将为在体内植入侵入性内窥镜提供重要的替代方案。”
“这种方法可以彻底改变生物医学成像领域，”他补充道。
“浊度介质一直被视为光学成像的障碍，”共同作者Scopelliti补充道。 “但我们已经证明，这种媒体可以转化为盟友，以帮助光线达到预期的目标。”
“当我们以适当的模式激活超声波时，混浊的介质会立即变得透明。考虑到这种方法对从生物医学应用到计算机视觉的广泛领域的潜在影响，这是令人兴奋的。”