MIT 開發新型雷射超音波技術,不需接觸皮膚即可成像

作者 | 發布日期 2019 年 12 月 24 日 19:14 | 分類 生物科技 , 醫療科技 Telegram share ! follow us in feedly


麻省理工(MIT)工程師開發了一種雷射超音波技術,利用對眼睛和皮膚安全的雷射系統,不需碰觸皮膚即可對人體內部進行遠端成像,未來或將能替代傳統超音波使用在特殊需求患者身上。

相較起 X 光、CT 斷層掃描,超音波檢查是相對簡單的探測過程,醫護人員只需要將探頭輕輕按壓在患者皮膚上,便能透過反射聲波獲得影像。但即使是這樣簡單的過程,對於嬰兒、燒傷及皮膚敏感患者來說仍無法承受,無法透過傳統超音波進行檢測。

《光:科學與應用》(Light: Science & Applications)期刊的最新研究中,MIT 團隊介紹了他們所開發的雷射超音波技術,以及在人體上使用的第一張雷射超音波影像。

研究資深作者、MIT 醫學工程與科學研究所(IMES)首席研究科學家 Brian W. Anthony 表示,他相信團隊正處於雷射超音波的發展起點。

「想像一下,當我們可以做到所有超音波可以做的事,但同時又保持一定距離。這為你提供了一種全新的方式,查看體內器官並確定深層組織的性質,而不需與患者接觸。」

近年來,研究人員在光聲(photoacoustics)領域中探索了基於雷射的超音波技術,儘管已經能使用雷射遠程探測內部結構,但仍需要與人體直接接觸的探頭才能拾取聲波,而且只能成像淺層血管,實用價值並不高。

由於聲波能比光傳播更遠距離,團隊決定尋找另一種方法將雷射光轉換為皮膚表面聲波,好讓技術能成像更深層的人體組織狀況。

在經過研究後,團隊選擇了 1,550 奈米波長的脈衝雷射,這個波長能被水高度吸收,對眼睛和皮膚來說非常安全,透過脈衝雷射控制皮膚中水的膨脹收縮產生穩定振動,從而產生聲波在體內傳播反射。

接著研究人員再使用連續波雷射來遠程檢測反射的聲波,透過測量聲波從肌肉、脂肪和其他組織反射回來導致的皮膚表面振動,便可以獲取不同位置的數據並生成該區域的影像。

為了測試裝置的實用性,研究人員先後在明膠模具、動物組織上進行了成像測試,兩次都得到了非常好的結果,也與需接觸的超音波探頭得出的影像非常相似,這也使他們隨後獲得 MIT 人體實驗委員會的允許,得以找來健康志願者進行測試掃描。

在對數名志願者前臂掃描後,研究人員獲得了第一張完全非接觸式雷射超音波人體影像,從影像中可以看出,雷射超音波可以區分微妙的特徵,脂肪、肌肉和組織的邊界清晰可見,完全可以與需接觸的商業超音波探頭產生的影像相媲美,而且掃描過程還是與志願者保持半公尺距離下完成的。

研究人員計劃改進他們的技術,提高系統性能來解決組織中細微特徵,並提高雷射檢測器的功能,並進一步縮小雷射器的設置,如果順利,雷射超音波有一天可能成為可攜式設備,讓人們可以在家中簡單操作。

Anthony 形容,這就像是人們沿著大峽谷的邊緣走來走去,在不同位置不斷大喊的同時聽著回音,「透過反射的聲波,你就能獲得足夠數據搞懂內部物體的幾何形狀──差別只在於這一切是透過『手電筒』完成。」

(首圖來源:MIT

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