MIT будує лазерну систему для безконтактної роботи

Нещодавно дослідники з лабораторії Лінкольна Массачусетського технологічного інституту та співробітники Центру ультразвукових досліджень і трансляції (CURT) Массачусетської загальної лікарні (MGH) розробили новий тип медичного пристрою візуалізації: безконтактний лазерний ультразвук (NCLUS).
Кажуть, що ця ультразвукова система на основі лазера забезпечує зображення внутрішніх функцій тіла, таких як органи, жир, м’язи, сухожилля та кровоносні судини. Система також може вимірювати міцність кісток і потенційно відстежувати різні стадії захворювання.

«Наша запатентована безпечна для шкіри концепція лазерної системи розроблена для трансформації медичного ультразвуку шляхом подолання обмежень традиційних контактних зондів», — пояснює головний дослідник Роберт Хаупт, старший співробітник групи активних оптичних систем Lincoln Laboratory.
Роберт Хаупт і старший співробітник Чарльз Вінн є співавторами технології, а Метью Стоу, заступник керівника групи, відповідає за технічне керівництво та нагляд за програмою NCLUS. Раджан Гурджар є керівником системного інтегратора, а Джеймі Шоу, Берт Грін, Браян Бойтнотт (тепер у Стенфордському університеті) і Джейк Якобсен співпрацювали в області оптичної та механічної інженерії та побудови систем.
У той час як найсучасніші медичні ультразвукові системи можуть розрізняти тканини в межах кількох міліметрів, ця технологія має деякі обмеження. З іншого боку, безконтактне лазерне ультразвукове дослідження (NCLUS) може зменшити потребу в сонографістах і зменшити варіативність оператора шляхом повної автоматизації процесу отримання ультразвукового зображення. Лазерне позиціонування можна точно відтворити, таким чином усуваючи мінливість повторних вимірювань. Оскільки вимірювання є безконтактним, воно не пов’язане з локальним ущільненням тканини або спотворенням характеристик зображення. Крім того, подібно до МРТ і КТ, безконтактне лазерне ультразвукове дослідження (NCLUS) використовує шкірні маркери для забезпечення функції фіксованої системи відліку для відтворення та порівняння повторюваних сканувань у часі. Для підтримки цієї функції відстеження команда лабораторії розробила програмне забезпечення для обробки ультразвукових зображень і виявлення будь-яких змін між зображеннями.
Безконтактне лазерне ультразвукове дослідження (NCLUS) не потребує ні ручного тиску, ні з’єднувального гелю (що потрібно для контактних зондів), тому воно також добре підходить для пацієнтів із болючими чи чутливими частинами тіла, у слабкому стані чи групі ризику. інфекції. Ця технологія дозволяє отримати зображення пацієнтів з опіками або травмами, пацієнтів з прямими отворами в глибокі тканини під час операції, недоношених дітей, які потребують інтенсивної терапії, пацієнтів з травмами шиї та хребта, пацієнтів з віддаленими інфекційними захворюваннями.
За допомогою імпульсного лазера світлова енергія передається через повітря на поверхню шкіри, де світло швидко поглинається, коли воно потрапляє в шкіру. Світловий імпульс викликає миттєве локальне нагрівання та швидко деформує шкіру за допомогою термопружного процесу, який, у свою чергу, генерує ультразвукові хвилі, які діють як джерело ультразвуку.
Світловий імпульс генерує достатню потужність ультразвуку на частоті, порівнянній з реальним медичним ультразвуком, не завдаючи болю шкірі. Дослідницька група запатентувала вибір довжини хвилі оптичної несучої, а фотоакустичний процес створено для створення постійного джерела ультразвуку незалежно від кольору шкіри чи шорсткості тканини.
Відлуння ультразвуку, що повертаються зсередини тканини, виглядають як локалізовані коливання на поверхні шкіри, які вимірюються високочутливим спеціальним лазерним доплерівським віброметром.