麻省理工打造基于激光的系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)非接觸式醫(yī)學(xué)超聲成像

近日，麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)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(kāi)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(cè)量骨強(qiáng)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(shí)驗(yàn)室主動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)小組高級(jí)職員Robert Haupt解釋稱。

Robert Haupt和高級(jí)職員查爾斯－懷恩（Charles Wynn）是這項(xiàng)技術(shù)的共同發(fā)明人，小組副組長(zhǎng)馬修－斯托（Matthew Stowe）負(fù)責(zé)NCLUS項(xiàng)目的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)和監(jiān)督。Rajan Gurjar 是系統(tǒng)集成商負(fù)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(jī)械工程以及系統(tǒng)構(gòu)建方面開(kāi)展合作。

雖然最先進(jìn)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(guò)實(shí)現(xiàn)超聲圖像采集過(guò)程的完全自動(dòng)化，可能減少對(duì)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(cè)量的可變性。由于測(cè)量是非接觸式的，因此不會(huì)出現(xiàn)局部組織壓實(shí)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(biāo)記提供固定參照框架功能，以重現(xiàn)和比較一段時(shí)間內(nèi)的重復(fù)掃描。為了支持這種跟蹤功能，實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一款軟件，用于處理超聲圖像并檢測(cè)圖像之間的任何變化。

非接觸式激光超聲（NCLUS）既不需要手動(dòng)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(xiǎn)的病人。這一技術(shù)可以對(duì)燒傷或創(chuàng)傷患者、手術(shù)中直接對(duì)深部組織開(kāi)放的患者、需要重癥監(jiān)護(hù)的早產(chǎn)兒、頸部和脊柱受傷的患者以及遠(yuǎn)距離傳染病患者進(jìn)行成像。

采用脈沖激光，通過(guò)空氣向皮膚表面?zhèn)鬏敼饽?，光一旦進(jìn)入皮膚就會(huì)被迅速吸收。光脈沖會(huì)瞬間引起局部加熱，并通過(guò)熱彈性過(guò)程使皮膚迅速變形，進(jìn)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(shí)際醫(yī)療超聲波相媲美，同時(shí)不會(huì)對(duì)皮膚造成任何痛感。研究小組對(duì)光學(xué)載波波長(zhǎng)的選擇申請(qǐng)了專利，光聲過(guò)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(dòng)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(cè)振儀進(jìn)行測(cè)量。