MIT实现远距离激光超声成像，体检不用再涂黏黏的耦合剂了！
2020-01-05 11:08:35   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

激光超声技术可以实现远距离成像，评估婴儿、烧伤患者的健康，以及难以到达位置的事故幸存者状况。

新型激光超声技术的皮肤下成像

据麦姆斯咨询报道，美国麻省理工学院（MIT）的研究人员开发出了一种可以替代常规超声成像的新型激光超声技术，无需接触身体即可对患者进行体内成像。这种激光超声技术采用对人眼和皮肤安全的激光系统，可对人体内部进行远程成像。在患者的皮肤上进行实验时，研究人员利用一个激光器远程产生可以通过身体反弹的声波，再利用第二个激光器远程检测反射波，然后将其转换为类似于常规超声的图像。

在《自然》（Nature）出版的Light: Science and Applications杂志上发表的一篇论文中，MIT研究小组报道了获得体内第一张激光超声图像的过程。研究人员扫描了几位志愿者的前臂，观测了常见的组织特征，例如肌肉、脂肪和骨骼，成像可以深入皮肤表面以下约60 mm的位置。这些激光超声图像利用距离志愿者半米以外的激光远程聚焦生成，可以与传统超声成像媲美。

MIT机械工程系和医学工程与科学研究所首席研究员、该论文通讯作者Brian Anthony称：“激光超声的应用我们还处于早期阶段。想象一下，当未来我们达到当前超声波成像的技术成熟度，但可以远程成像，那会有多棒！这意味着无需与患者接触，就可以为我们提供患者体内器官成像，确定深层组织的状况。”

激光超声医学成像开发过程

非接触式激光超声医学成像的早期概念源自一项林肯实验室（Lincoln Laboratory）计划，该计划由Active Optical Systems Group的Rob Haupt和Advanced Capabilities and Technologies Group的Chuck Wynn发起，他们与Matthew Johnson共同完成了这篇论文。这项研究通过与Brian Anthony及其学生Shawn Zhang的合作开展，Shawn现在是MIT的博士后，也是该论文的第一作者，合著者还有博士研究生Jonathan Fincke。

该项目结合了林肯实验室研究人员在激光和光学系统方面的专业知识以及Brian Anthony研究小组在先进超声系统和医学图像重建方面的技术积累。

近年，研究人员在光声成像（photoacoustics）领域中探索了基于激光的超声激发方法。该方案不是直接将声波发送到体内，而是以脉冲激光的形式发送光，该激光以特定波长调谐，可穿透皮肤并被血管吸收。

在光线所达之处，生物组织由于瞬时受热，吸收的光能导致生物体局部温度瞬时上升，并导致其发生瞬间膨胀，例如血管迅速扩张和放松，由此产生频率在超声波范围的机械波。这种机械振动会产生回传的声波，然后通过换能器检测反射的声波，并将其转换为光声图像。

由于声波比光在人体内的传播深度更大，Zhang、Anthony和他们的同事探寻了一种在皮肤表面将激光束转换为声波的方法，以在体内更深地位置成像。根据他们的研究，该团队选择了1550 nm激光，该波长可以被水份高度吸收。由于皮肤基本上是由水组成的，因此研究小组认为皮肤可以有效地吸收这种光，并因此而受热扩张。

研究人员设计了一套激光装置来验证这一想法，该装置使用1550 nm脉冲激光来产生声波，并使用另一个调谐到相同波长的连续激光来远程检测反射的声波。第二个激光器是一款高灵敏的运动探测器，可以测量声波从肌肉、脂肪和其他组织反射而引起的皮肤表面振动。

反射声波产生的皮肤表面运动会导致激光频率的变化，这种变化可以测量。通过激光对人体进行机械扫描，科学家可以获取不同位置的数据并生成该区域的图像。

在家中实现激光超声成像

研究人员计划进一步改善他们的技术，提高系统性能，以应对人体组织中的精细特征。他们还希望提高检测激光器的性能。在更远的将来，还将研究激光设备的小型化，以在未来实现便携式激光超声成像仪。

Anthony说：“未来我们或将能够在家中完成激光超声成像。想象一下，我们可以将其部署在家里的某个位置，早上一起床，我们就可以获得自己的甲状腺或动脉成像，并且还可以进行体内生理成像，实时把握我们的健康状况。”

延伸阅读：

《医疗、工业和消费类应用的超声波传感技术》

《光纤激光器技术及市场趋势-2019版》