اندوسکوپی انقلابی برای تشخیص سرطان: [نام دانشگاه] اولین دستگاه فوتوآکوستیک دنیا را ساخت

رونمایی از اولین اندوسکوپی فوتوآکوستیک پیشرفته

اخیراً، گروهی از محققان به سرپرستی پروفسور چول هونگ کیم از دانشکده مهندسی برق، دانشکده مهندسی فناوری اطلاعات همگرا، دانشکده مهندسی مکانیک و مدرسه علوم و فناوری همگرا، در کنار پروفسور هیونگ هام کیم از دانشکده مهندسی برق، دانشکده مهندسی فناوری اطلاعات همگرا و مدرسه علوم و فناوری همگرا، دکتر جایوو کیم از دانشکده مهندسی فناوری اطلاعات همگرا و داسوم هئو، دانشجوی دکترا از دانشکده مهندسی مکانیک در دانشگاه پستک (POSTECH)، با همکاری پروفسور هی مان کیم از بیمارستان سرطان سونچون یونسای، موفق به ابداع اولین اندوسکوپی فوتوآکوستیک با کارایی بالا در جهان شدند. این دستگاه بر اساس یک مبدل فراصوت شفاف طراحی شده است. نتایج این پژوهش به تازگی در نشریه معتبر Science Advances منتشر شده است.

مشکلات اندوسکوپی فراصوت در شناسایی سرطان

اندوسکوپی فراصوت، ابزاری پرکاربرد در گوارش برای تشخیص سرطان است، اما این روش، در بافت‌های نرم، کنتراست محدودی را ارائه می‌دهد و صرفاً اطلاعات ساختاری را به دست می‌دهد، که این موضوع در نهایت منجر به کاهش حساسیت تشخیصی می‌شود. در راستای رفع این نقیصه، مطالعات متعددی تلاش کرده‌اند تا فناوری فوتوآکوستیک را با اندوسکوپی فراصوت ترکیب کنند تا اطلاعات دقیق‌تری در مورد عروق بافتی ارائه دهند، و از این طریق، تشخیص زودهنگام سرطانرا بهبود بخشند.

چالش‌های هم‌ترازی در تصویربرداری

با این وجود، دستیابی به تصاویر باکیفیت فوتوآکوستیک و فراصوت به طور همزمان در یک پروب (کاوشگر) بسیار کوچک، یک چالش بزرگ بوده است. برای ایجاد تصاویر با وضوح بالا، ضروری است که نور و امواج فراصوت در یک مسیر هم‌راستا حرکت کنند. اما تلاش‌های قبلی در این زمینه با موانعی مواجه بوده‌اند. به طور معمول، هم‌ترازی را می‌توان با ایجاد یک حفره در مبدل فراصوت برای عبور نور یا با زاویه‌دار کردن سیستم نوری برای تلاقی دو مسیر، به دست آورد. با این حال، هر دو روش، دارای نقاط ضعفی هستند که معمولاً بر کیفیت یکی از تصاویر، چه فراصوت و چه فوتوآکوستیک، تأثیر منفی می‌گذارد.

دستاورد‌های نوین در تصویربرداری

در این مطالعه، تیم تحقیقاتی یک مبدل فراصوت شفاف فوق‌العاده کوچک (۱ میلی‌متر مربع) را توسعه دادند که قادر است تصاویر فراصوت و فوتوآکوستیک را با وضوح بالا و به صورت همزمان ارائه دهد.

پیشرفت‌های تازه در تصویربرداری پزشکی، با استفاده از مواد پیزوالکتریک

به منظور رسیدن به این هدف، محققان از مواد پیزوالکتریک (PMN-PT) استفاده کردند که به دلیل پایداری بالا و مناسب بودن برای کوچک‌سازی شناخته می‌شوند. این مبدل با استفاده از مواد شفاف ساخته شده است، از جمله الکترودهای اکسید قلع ایندیم و لایه‌های جاذب صدا از جنس یورتان، که ساختار مبدل را حفظ کرده و در عین حال به نور اجازه عبور می‌دهد. این طراحی امکان تصویربرداری فراصوت و فوتوآکوستیک را با وضوح بالا فراهم می‌کند.

محققان موفق شدند سیستم‌های نوری و آکوستیکی را در این پروب بسیار کوچک ادغام کرده و دو مسیر تصویربرداری را با هم هماهنگ کنند. برای ارزیابی این فناوری، تیم، دستگاه را وارد کانال یک اندوسکوپ تجاری کرده و از مری خوک تصویربرداری کردند. به این ترتیب، آن‌ها توانستند تمام لایه‌ها از مخاط مری تا لایه عضلانی را به وضوح مشاهده کنند، و عملکرد فراصوت نیز با اندوسکوپ‌های موجود، قابل مقایسه بود. علاوه بر این، آن‌ها تصاویر فوتوآکوستیک با وضوح بالا، حتی در فواصل طولانی نیز به دست آوردند که نشان‌دهندهٔ ظرفیت بالای بالینی اندوسکوپی فوتوآکوستیک-فراصوت است.

پروفسور چول هونگ کیم از دانشگاه پستک (POSTECH) بیان کرد: “انتظار می‌رود این پیشرفت، محدودیت‌های سیستم‌های فوتوآکوستیک-فراصوت کنونی را برطرف کرده و دقت تشخیص را به طور چشمگیری بهبود بخشد.” پروفسور هی مان کیم از بیمارستان سرطان یونسای افزود: “این نتایج موفقیت‌آمیز، حاصل از سیستم اندوسکوپی فوتوآکوستیک-فراصوت بر پایه مبدل شفاف، یک گام مهم در جهت توسعه و بومی‌سازی دستگاه‌های تشخیصی پزشکی نوآورانه است.”

این پژوهش با حمایت مالی از برنامه‌های تحقیقاتی بنیاد ملی تحقیقات کره (که توسط وزارت آموزش تأمین شد)، پروژه BRIDGE بنیاد ملی تحقیقات کره (که توسط وزارت علوم و فناوری اطلاعات و ارتباطات تأمین شد)، برنامه تحقیق و توسعه دستگاه‌های پزشکی دولتی و BK21 FOUR (که توسط وزارت علوم و فناوری اطلاعات و ارتباطات، وزارت بازرگانی، صنعت و انرژی، وزارت بهداشت و رفاه و وزارت ایمنی غذا و دارو تأمین شد) و همچنین برنامه حمایت از کارآفرینی علم عمیق (که توسط وزارت علوم و فناوری اطلاعات و ارتباطات ارائه شده) انجام شده است.