近日,麻省理工學(xué)院林肯實驗室的研究人員與麻省總醫(yī)院(MGH)超聲研究與轉(zhuǎn)化中心(CURT)的合作者共同開發(fā)了一種新型醫(yī)學(xué)成像設(shè)備:非接觸式激光超聲(NCLUS)。
據(jù)悉,這種基于激光的超聲系統(tǒng)可提供人體內(nèi)部特征的圖像,如器官、脂肪、肌肉、肌腱和血管。該系統(tǒng)還能測量骨強度,并有可能追蹤疾病的不同階段。
"我們獲得專利的皮膚安全激光系統(tǒng)概念旨在克服傳統(tǒng)接觸探頭的局限性,從而改變醫(yī)學(xué)超聲波,"主要研究人員、林肯實驗室主動光學(xué)系統(tǒng)小組高級職員Robert Haupt解釋稱。
Robert Haupt和高級職員查爾斯-懷恩(Charles Wynn)是這項技術(shù)的共同發(fā)明人,小組副組長馬修-斯托(Matthew Stowe)負責(zé)NCLUS項目的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)和監(jiān)督。Rajan Gurjar 是系統(tǒng)集成商負責(zé)人,Jamie Shaw、Bert Green、Brian Boitnott(現(xiàn)就職于斯坦福大學(xué))和Jake Jacobsen則在光學(xué)和機械工程以及系統(tǒng)構(gòu)建方面開展合作。
雖然最先進的醫(yī)學(xué)超聲系統(tǒng)可以分辨出幾毫米范圍內(nèi)的組織特征,但這種技術(shù)也有一些局限性。而非接觸式激光超聲(NCLUS)通過實現(xiàn)超聲圖像采集過程的完全自動化,可能減少對超聲技師的需求,并降低操作員的可變性。激光定位可以精確再現(xiàn),從而消除了重復(fù)測量的可變性。由于測量是非接觸式的,因此不會出現(xiàn)局部組織壓實或與之相關(guān)的圖像特征失真。此外,與核磁共振成像和CT相似,非接觸式激光超聲(NCLUS)利用皮膚標記提供固定參照框架功能,以重現(xiàn)和比較一段時間內(nèi)的重復(fù)掃描。為了支持這種跟蹤功能,實驗室團隊開發(fā)了一款軟件,用于處理超聲圖像并檢測圖像之間的任何變化。
非接觸式激光超聲(NCLUS)既不需要手動加壓,也不需要耦合凝膠(接觸式探頭需要),因此也非常適合有疼痛或敏感身體部位、處于脆弱狀態(tài)或有感染風(fēng)險的病人。這一技術(shù)可以對燒傷或創(chuàng)傷患者、手術(shù)中直接對深部組織開放的患者、需要重癥監(jiān)護的早產(chǎn)兒、頸部和脊柱受傷的患者以及遠距離傳染病患者進行成像。
采用脈沖激光,通過空氣向皮膚表面?zhèn)鬏敼饽埽庖坏┻M入皮膚就會被迅速吸收。光脈沖會瞬間引起局部加熱,并通過熱彈性過程使皮膚迅速變形,進而產(chǎn)生超聲波,起到超聲源的作用。
光脈沖能產(chǎn)生足夠的超聲波功率,其頻率可與實際醫(yī)療超聲波相媲美,同時不會對皮膚造成任何痛感。研究小組對光學(xué)載波波長的選擇申請了專利,光聲過程旨在產(chǎn)生一致的超聲源,不受皮膚顏色或組織粗糙度的影響。
從組織內(nèi)部返回的超聲回波以局部振動的形式出現(xiàn)在皮膚表面,由高靈敏度的專用激光多普勒測振儀進行測量。
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原文標題:麻省理工打造基于激光的系統(tǒng),可實現(xiàn)非接觸式醫(yī)學(xué)超聲成像
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