MIT bygger laserbaserat system för icke-kontakt

Nyligen har forskare vid MIT:s Lincoln Laboratory och medarbetare vid Massachusetts General Hospitals (MGH) Center for Ultrasound Research and Translation (CURT) utvecklat en ny typ av medicinsk bildbehandlingsenhet: beröringsfri laser ultraljud (NCLUS).
Detta laserbaserade ultraljudssystem sägs ge bilder av inre kroppsegenskaper som organ, fett, muskler, senor och blodkärl. Systemet kan också mäta benstyrka och potentiellt spåra olika stadier av sjukdomen.

"Vårt patenterade hudsäkra lasersystemkoncept är utformat för att förvandla medicinskt ultraljud genom att övervinna begränsningarna hos traditionella kontaktsonder", förklarar chefsutredaren Robert Haupt, en senior anställd i Lincoln Laboratorys Active Optical Systems Group.
Robert Haupt och Senior Staff Member Charles Wynn är meduppfinnare av tekniken, och Matthew Stowe, biträdande gruppledare, är ansvarig för tekniskt ledarskap och tillsyn över NCLUS-programmet. rajan Gurjar är systemintegratörsledare, och Jamie Shaw, Bert Green, Brian Boitnott (nu vid Stanford University) och Jake Jacobsen samarbetade om optisk och mekanisk ingenjörskonst och systemkonstruktion.
Medan state-of-the-art medicinska ultraljudssystem kan särskilja vävnadsegenskaper inom några millimeter, har denna teknik vissa begränsningar. Beröringsfri laserultraljud (NCLUS), å andra sidan, kan minska behovet av sonografer och minska operatörernas variation genom att helt automatisera ultraljudsbildinsamlingsprocessen. Laserpositionering kan återges exakt, vilket eliminerar variationen i upprepade mätningar. Eftersom mätningen är beröringsfri finns det ingen lokaliserad vävnadskomprimering eller bildfunktionsförvrängning associerad med den. Dessutom, i likhet med MRT och CT, använder icke-kontakt laser ultraljud (NCLUS) hudmarkörer för att tillhandahålla en fast referensfunktion för att reproducera och jämföra upprepade skanningar över tid. För att stödja denna spårningsfunktion utvecklade labbteamet programvara för att bearbeta ultraljudsbilder och detektera eventuella förändringar mellan bilderna.
Beröringsfri laserultraljud (NCLUS) kräver varken manuell trycksättning eller kopplingsgel (vilket krävs för kontaktsonder), så det är också väl lämpat för patienter som har smärtsamma eller känsliga kroppsdelar, är i ett skört tillstånd eller är i riskzonen av infektion. Den här tekniken möjliggör avbildning av brännskador eller traumapatienter, patienter med direkta öppningar till djup vävnad under operation, för tidigt födda barn som kräver intensivvård, patienter med nack- och ryggradsskador och patienter med avlägsna infektionssjukdomar.
Med hjälp av en pulsad laser överförs ljusenergi genom luften till hudens yta, där ljuset snabbt absorberas när det väl kommer in i huden. Ljuspulsen orsakar omedelbar lokal uppvärmning och deformerar snabbt huden genom en termoelastisk process, som i sin tur genererar ultraljudsvågor som fungerar som en ultraljudskälla.
Ljuspulsen genererar tillräcklig ultraljudseffekt vid en frekvens som är jämförbar med faktiska medicinska ultraljud utan att orsaka smärta i huden. Forskargruppen patenterade valet av optiska bärvåglängder, och den fotoakustiska processen är utformad för att producera en konsekvent källa för ultraljud, oberoende av hudfärg eller vävnadssträvhet.
Ultraljudsekon som återkommer inifrån vävnaden uppträder som lokala vibrationer på hudytan, som mäts med en mycket känslig, dedikerad laser-dopplervibrometer.