MIT buduje system bezdotykowy oparty na laserze

Niedawno badacze z Lincoln Laboratory w MIT oraz współpracownicy z Centrum Badań i Tłumaczeń Ultradźwięków (CURT) w Massachusetts General Hospital (MGH) opracowali nowy typ urządzenia do obrazowania medycznego: bezkontaktowe ultrasonografy laserowe (NCLUS).
Mówi się, że ten laserowy system ultradźwiękowy zapewnia obrazy wewnętrznych cech ciała, takich jak narządy, tłuszcz, mięśnie, ścięgna i naczynia krwionośne. System może również mierzyć wytrzymałość kości i potencjalnie śledzić różne stadia choroby.

„Nasza opatentowana koncepcja bezpiecznego dla skóry systemu laserowego ma na celu zmianę ultrasonografii medycznej poprzez pokonanie ograniczeń tradycyjnych sond kontaktowych” – wyjaśnia główny badacz Robert Haupt, starszy pracownik grupy Active Optical Systems Group w Lincoln Laboratory.
Robert Haupt i starszy członek personelu Charles Wynn są współtwórcami tej technologii, a Matthew Stowe, zastępca lidera grupy, jest odpowiedzialny za kierownictwo techniczne i nadzór nad programem NCLUS. rajan Gurjar jest liderem integratora systemów, a Jamie Shaw, Bert Green, Brian Boitnott (obecnie na Uniwersytecie Stanforda) i Jake Jacobsen współpracowali przy inżynierii optycznej i mechanicznej oraz budowie systemów.
Choć najnowocześniejsze medyczne systemy ultradźwiękowe potrafią rozróżnić cechy tkanek z dokładnością do kilku milimetrów, technologia ta ma pewne ograniczenia. Z drugiej strony bezkontaktowe USG laserowe (NCLUS) może zmniejszyć zapotrzebowanie na ultrasonografistów i zmniejszyć zmienność operatora poprzez pełną automatyzację procesu pozyskiwania obrazu ultradźwiękowego. Pozycjonowanie lasera można dokładnie odtworzyć, eliminując w ten sposób zmienność powtarzanych pomiarów. Ponieważ pomiar jest bezkontaktowy, nie wiąże się to z miejscowym zagęszczeniem tkanki ani zniekształceniem cech obrazu. Ponadto, podobnie jak MRI i CT, bezkontaktowa ultrasonografia laserowa (NCLUS) wykorzystuje markery skórne, aby zapewnić stałą ramę funkcji odniesienia do odtwarzania i porównywania powtarzanych skanów w czasie. Aby wesprzeć tę funkcję śledzenia, zespół laboratoryjny opracował oprogramowanie do przetwarzania obrazów ultradźwiękowych i wykrywania wszelkich zmian między obrazami.
Bezkontaktowa ultrasonografia laserowa (NCLUS) nie wymaga ręcznego zwiększania ciśnienia ani stosowania żelu sprzęgającego (który jest wymagany w przypadku sond kontaktowych), dlatego jest również odpowiednia dla pacjentów, którzy mają bolesne lub wrażliwe części ciała, są w stanie delikatnym lub są zagrożeni infekcji. Technologia ta umożliwia obrazowanie pacjentów z oparzeniami lub urazami, pacjentów z bezpośrednim dostępem do głębokich tkanek podczas operacji, wcześniaków wymagających intensywnej terapii, pacjentów z urazami szyi i kręgosłupa oraz pacjentów z odległymi chorobami zakaźnymi.
Za pomocą lasera impulsowego energia świetlna jest przekazywana przez powietrze na powierzchnię skóry, gdzie światło po wejściu w skórę jest szybko wchłaniane. Impuls świetlny powoduje natychmiastowe, miejscowe ogrzewanie i szybko deformuje skórę w procesie termoelastycznym, który z kolei generuje fale ultradźwiękowe, które działają jako źródło ultradźwięków.
Impuls świetlny wytwarza wystarczającą moc ultradźwiękową o częstotliwości porównywalnej z rzeczywistymi ultradźwiękami medycznymi, nie powodując przy tym bólu skóry. Zespół badawczy opatentował wybór długości fali nośnika optycznego, a proces fotoakustyczny ma na celu wytworzenie spójnego źródła ultradźwięków, niezależnie od koloru skóry i szorstkości tkanki.
Echa ultradźwiękowe powracające z wnętrza tkanki pojawiają się w postaci zlokalizowanych wibracji na powierzchni skóry, które są mierzone za pomocą bardzo czułego, dedykowanego laserowego wibrometru Dopplera.