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Il sistema laser può catturare a distanza le immagini all'interno del corpo

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I ricercatori del MIT affermano che la tecnica può aiutare a valutare a distanza l'immagine e la salute dei neonati, delle vittime di ustioni e dei sopravvissuti a incidenti in luoghi difficili da raggiungere.

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I ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno prodotto le prime immagini ad ultrasuoni laser di esseri umani, secondo un rapporto del MIT News. L'avanzamento è importante perché la tecnica che hanno usato può aiutare a distanza l'immagine e a valutare la salute dei neonati, delle vittime di ustioni e dei sopravvissuti a incidenti in luoghi difficili da raggiungere.

L'ecografia convenzionale richiede il contatto con il corpo del paziente e, sebbene sia generalmente considerata non invasiva, potrebbe non essere l'ideale in situazioni in cui la sonda dovrebbe toccare vittime di ustioni, neonati o altri pazienti con pelle sensibile. Il rapporto ha anche notato che il contatto della sonda a ultrasuoni induce una notevole variabilità dell'immagine, che è una delle principali sfide della moderna immagine a ultrasuoni.

Gli ingegneri del MIT hanno ideato un metodo alternativo che non richiede il contatto con il corpo per vedere all'interno di un paziente. La nuova tecnica ad ultrasuoni laser sfrutta un sistema laser sicuro per gli occhi e la pelle per visualizzare a distanza l'interno di un corpo umano. Quando viene addestrato sulla pelle di un paziente, un laser genera a distanza onde sonore che rimbalzano attraverso il corpo. Un secondo laser rileva a distanza le onde riflesse, che i ricercatori traducono poi in un'immagine simile agli ultrasuoni convenzionali.

In un articolo pubblicato da Nature sulla rivista Light: Scienza e Applicazioni, il team del MIT ha detto di aver scansionato gli avambracci di diversi volontari e di aver osservato le caratteristiche comuni dei tessuti come muscoli, grasso e ossa, fino a circa 6 centimetri sotto la pelle. Queste immagini, paragonabili agli ultrasuoni convenzionali, sono state prodotte utilizzando laser a distanza focalizzati su un volontario da mezzo metro di distanza.

"Siamo all'inizio di quello che potremmo fare con gli ultrasuoni laser", ha detto Brian W. Anthony, uno dei principali ricercatori del Dipartimento di Ingegneria Meccanica del MIT e dell'Istituto di Ingegneria e Scienza Medica (IMES), e autore senior del documento. "Immaginate di arrivare a un punto in cui possiamo fare tutto quello che gli ultrasuoni possono fare ora, ma a distanza. Questo ti dà un modo completamente nuovo di vedere gli organi all'interno del corpo e di determinare le proprietà dei tessuti profondi, senza entrare in contatto con il paziente"

I primi concetti per gli ultrasuoni laser senza contatto per l'imaging medico sono nati da un programma del Lincoln Laboratory istituito da Rob Haupt di Active Optical Systems Group e Chuck Wynn di Advanced Capabilities and Technologies Group, che sono co-autori del nuovo documento insieme a Matthew Johnson. Da lì, la ricerca è cresciuta grazie alla collaborazione con Anthony e i suoi studenti, Xiang (Shawn) Zhang, che ora è un postdoc del MIT ed è il primo autore del giornale, e il recente dottorando Jonathan Fincke, che è anche coautore. Il progetto ha unito la competenza dei ricercatori del Lincoln Laboratory nel campo dei sistemi laser e ottici con l'esperienza del gruppo Anthony in materia di sistemi avanzati di ecografia e ricostruzione di immagini mediche.

Il concetto di utilizzare metodi basati sul laser nell'eccitazione ad ultrasuoni non è nuovo. I ricercatori hanno esplorato l'idea in un campo noto come fotoacustica. Solo che, invece di inviare onde sonore nel corpo, altri ricercatori hanno provato a inviare la luce, sotto forma di laser pulsato, a una particolare lunghezza d'onda che penetra la pelle e viene assorbita dai vasi sanguigni. Il problema è che questa tecnica richiede ancora un rivelatore a diretto contatto con il corpo e la luce può percorrere solo una breve distanza nella pelle prima di scomparire.

Poiché le onde sonore viaggiano più lontano nel corpo della luce, Zhang, Anthony e i loro colleghi hanno cercato un modo per convertire la luce di un raggio laser in onde sonore sulla superficie della pelle, in modo da ottenere un'immagine più profonda nel corpo

Sulla base delle loro ricerche, il team ha selezionato 1.550 laser nanometrici, una lunghezza d'onda che è altamente assorbita dall'acqua (ed è sicura per gli occhi e la pelle con un ampio margine di sicurezza). Poiché la pelle è essenzialmente composta da acqua, il team ha ragionato che essa dovrebbe assorbire efficacemente questa luce e riscaldarsi ed espandersi in risposta. Mentre oscilla di nuovo al suo stato normale, la pelle stessa dovrebbe produrre onde sonore che si propagano attraverso il corpo.

I ricercatori hanno testato questa idea con un setup laser, utilizzando un laser pulsato impostato a 1.550 nanometri per generare onde sonore, e un secondo laser continuo, sintonizzato sulla stessa lunghezza d'onda, per rilevare a distanza le onde sonore riflesse. Questo secondo laser è un rilevatore di movimento sensibile che misura le vibrazioni sulla superficie della pelle causate dalle onde sonore che rimbalzano su muscoli, grasso e altri tessuti. Il movimento della superficie della pelle, generato dalle onde sonore riflesse, provoca una variazione della frequenza del laser, che può essere misurata. Scansionando meccanicamente i laser sul corpo, gli scienziati possono acquisire dati in diversi punti e generare un'immagine della regione.

"E' come se stessimo costantemente urlando nel Grand Canyon mentre camminiamo lungo il muro e ascoltiamo in diversi luoghi", ha detto Anthony. "Questo ti dà poi abbastanza dati per capire la geometria di tutte le cose all'interno delle quali le onde rimbalzano - e l'urlo viene fatto con una torcia elettrica"