MIT研发非接触式激光超声技术 可快速对人体组织成像

麻省理工学院的工程师设计了一种常规超声成像的替代方法,这种方法不需要与身体接触,可用于无法忍受探针进入身体的患者,如婴儿、烧伤患者或皮肤敏感的患者。

  据外媒报道,12月24日,麻省理工学院的工程师设计了一种常规超声成像的替代方法,这种方法不需要与身体接触,可用于无法忍受探针进入身体的患者,如婴儿、烧伤患者或皮肤敏感的患者。在扫描志愿者前臂的试验中,研究人员能够观察到皮肤以下约5厘米处常见的组织特征,如肌肉、脂肪和骨骼。这些图像与传统的超声波相当,是使用聚焦在半米外的远程激光产生的。

  由于声波比光传播到体内的距离要长,因此研究人员首先研究如何在皮肤表面将激光束的光转换成声波,以便在体内成像更深。该团队选择了1550 nm激光器,该波长很容易被水吸收,并且对眼睛和皮肤都是安全的,有很大的安全边际。由于皮肤主要由水组成,因此研究小组认为皮肤应有效吸收该波长,并且它会随着反应而升温和膨胀。当它振荡回到正常状态时,可以预期皮肤会产生通过身体传播的声波。

  研究人员用一个1550nm的脉冲激光产生声波,用另一个调谐到相同波长的连续激光远程探测反射声波,验证了这一想法。第二个激光是一个运动探测器,它测量了声波从肌肉、脂肪和其他组织反射到皮肤表面所引起的振动。反射声波产生的皮肤表面运动引起激光频率的可测量变化,通过对全身激光进行机械扫描,研究人员能够在不同的位置获取数据,并生成该区域的图像。

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  一种新的超声波技术利用激光在皮肤下产生图像,而不像传统的超声波探头那样与皮肤接触。新的激光超声技术被用来产生一个人类前臂的图像(左),这也是使用常规超声成像(右)。由X.Zhang等人提供。

  研究人员首先利用这一新的装置,将金属物体嵌入一个类似皮肤含水量的明胶模具中进行成像。他们用商业超声探头对同一明胶成像,发现两幅图像相似。然后,他们对切除的动物组织(在本例中是猪皮)进行成像,发现激光超声可以区分细微的特征,如肌肉、脂肪和骨骼之间的界限。

  最后,研究小组利用麻省理工学院人类实验委员会批准的方案,在人类身上进行了第一次激光超声实验。在扫描了几名健康志愿者的前臂后,研究人员制作了他们认为是第一幅完全非接触式的人体激光超声图像。脂肪、肌肉和组织边界清晰可见,可与使用商用接触式超声探头生成的图像相媲美。

  研究人员计划改进他们的技术,他们正在寻找提高系统性能的方法来解决组织中的细微特征,他们还希望提高探测激光的能力。在未来的道路上,他们希望将激光装置小型化,以便有朝一日激光超声可以作为便携式设备部署。

  研究人员Brian W. Anthony说:“我可以想象一个场景,您可以在家中完成此任务。早上起床时,我可以获得甲状腺或动脉的图像,并且可以在体内进行生理成像。”

  Anthony认为,科学家们才刚刚开始探索非接触激光超声的可能性。他说:“想象一下,我们已经可以做超声波现在所能做的一切,但是距离很远。这为您提供了一种全新的方式,可以在不与患者接触的情况下查看体内的器官并确定深层组织的特性。”

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