麻省理工打造基于激光的系统，可实现非接触式医学超声成像

2023-08-25 16:59

近日，麻省理工学院林肯实验室的研究人员与麻省总医院（MGH）超声研究与转化中心（CURT）的合作者共同开发了一种新型医学成像设备：非接触式激光超声（NCLUS）。

据悉，这种基于激光的超声系统可提供人体内部特征的图像，如器官、脂肪、肌肉、肌腱和血管。该系统还能测量骨强度，并有可能追踪疾病的不同阶段。

（图片来源：MIT Lincoln Laboratory）

＂我们获得专利的皮肤安全激光系统概念旨在克服传统接触探头的局限性，从而改变医学超声波，＂主要研究人员、林肯实验室主动光学系统小组高级职员Robert Haupt解释称。

Robert Haupt和高级职员查尔斯－怀恩（Charles Wynn）是这项技术的共同发明人，小组副组长马修－斯托（Matthew Stowe）负责NCLUS项目的技术领导和监督。Rajan Gurjar 是系统集成商负责人，Jamie Shaw、Bert Green、Brian Boitnott（现就职于斯坦福大学）和Jake Jacobsen则在光学和机械工程以及系统构建方面开展合作。

虽然最先进的医学超声系统可以分辨出几毫米范围内的组织特征，但这种技术也有一些局限性。而非接触式激光超声（NCLUS）通过实现超声图像采集过程的完全自动化，可能减少对超声技师的需求，并降低操作员的可变性。激光定位可以精确再现，从而消除了重复测量的可变性。由于测量是非接触式的，因此不会出现局部组织压实或与之相关的图像特征失真。此外，与核磁共振成像和CT相似，非接触式激光超声（NCLUS）利用皮肤标记提供固定参照框架功能，以重现和比较一段时间内的重复扫描。为了支持这种跟踪功能，实验室团队开发了一款软件，用于处理超声图像并检测图像之间的任何变化。

非接触式激光超声（NCLUS）既不需要手动加压，也不需要耦合凝胶（接触式探头需要），因此也非常适合有疼痛或敏感身体部位、处于脆弱状态或有感染风险的病人。这一技术可以对烧伤或创伤患者、手术中直接对深部组织开放的患者、需要重症监护的早产儿、颈部和脊柱受伤的患者以及远距离传染病患者进行成像。

采用脉冲激光，通过空气向皮肤表面传输光能，光一旦进入皮肤就会被迅速吸收。光脉冲会瞬间引起局部加热，并通过热弹性过程使皮肤迅速变形，进而产生超声波，起到超声源的作用－。

光脉冲能产生足够的超声波功率，其频率可与实际医疗超声波相媲美，同时不会对皮肤造成任何痛感。研究小组对光学载波波长的选择申请了专利，光声过程旨在产生一致的超声源，不受皮肤颜色或组织粗糙度的影响。

从组织内部返回的超声回波以局部振动的形式出现在皮肤表面，由高灵敏度的专用激光多普勒测振仪进行测量。