Kutatók egy olyan lézert hoztak létre, ami ultrahang képet képes készíteni az emberi testről nagyobb távolságról

Az emberek többsége számára az ultrahang vizsgálat elvégzése viszonylag egyszerű eljárás. Az orvos óvatosan a beteg bőrére helyezi az ult...

Az emberek többsége számára az ultrahang vizsgálat elvégzése viszonylag egyszerű eljárás. Az orvos óvatosan a beteg bőrére helyezi az ultrahangos készüléket, és az általa generált hanghullámok áthaladnak a bőrön, visszatükröződnek az izmokról, a zsírról és más lágy szövetekről, mielőtt visszaérkeznek az érzékelőbe, amely felismeri és képpé alakítja át a hullámokat.

A szokásos ultrahang nem teszi ki a betegeket káros sugárzásnak, mint a röntgen- és a CT szkennerek, és általában nem invazív. De ehhez szükség van a beteg testével való érintkezésre, és mint ilyen, korlátozott lehet az alkalmazása olyan helyzetekben, amikor az orvosok esetleg olyan páciensekről szeretnének képeket készíteni, akik nem tolerálják a vizsgálatot, például csecsemők, égési sérültek vagy más érzékeny bőrű betegek. Ezenkívül az ultrahangos szondával történő érintkezés jelentős képváltozást indukál, ami a modern ultrahangos képalkotás egyik fő kihívása.

Az MIT mérnökei a hagyományos ultrahang alternatívájaként egy olyan módszert dolgoztak ki, amely nem igényli a testtel való érintkezést, hogy megvizsgálják a beteget. Az új ultrahangos lézeres technika szem- és bőrbiztonságos lézerrendszert használ fel, amely távolról képes képet alkotni egy személy belsejéről.

Az egyik lézer távolról hanghullámokat generál, amelyek áthaladnak a testen, a második lézer pedig távolról érzékeli a visszavert hullámokat, amelyeket a kutatók a hagyományos ultrahanghoz hasonló képekké alakítanak.

A Light: Science and Applications című folyóiratban a csapat beszámol arról, hogy elkészítették az első lézeres ultrahang képeket emberek esetében. A kutatók több önkéntes alkarját vizsgálták meg, és megfigyelték a szövet olyan jellemzőit, mint például az izom, a zsír és a csont a bőr alatt körülbelül 6 centiméterre. Ezeket a képeket, összehasonlítva a szokásos ultrahanggal, távoli lézerekkel állították elő a mintegy fél méter távolságra fekvő önkéntesekről. (1)

"Az elején vagyunk annak, amit a lézer ultrahanggal tehetünk," - mondja Brian W. Anthony, az MIT Gépészmérnöki Tanszékének és az Orvostudományi és Tudományos Intézetének (IMES) főkutatója. "Képzeljük el, hogy olyan pontra jutunk, ahol mindent megtehetünk az ultrahang segítségével, de távolról. Ez egy teljesen új módszert kínál a test belsejében levő szervek megfigyelésére és a mély szövetek tulajdonságainak meghatározására anélkül, hogy a beteggel érintkeznénk."

Az utóbbi években a kutatók ultrahangos gerjesztésen alapuló lézeres módszereket fedeztek fel a fotoakusztika néven ismert területen. Ahelyett, hogy a hanghullámokat közvetlenül a testbe továbbítanák, az ötlet az, hogy egy fényt sugároznak be egy adott hullámhosszon beállított impulzus lézer formájában, amely áthatol a bőrön, és az erek elnyelik.

Míg a fotoakusztikus lézereket a belső struktúrák távoli érzékelésére használják, addig a technika alkalmazásához a hanghullámok rögzítése érdekében a testtel közvetlenül érintkező detektorra van szükség. Ráadásul a fény csak rövid távolságra tud behatolni a bőrbe, mielőtt elhalványul. Ezért a kutatók fotoakusztikát használtak az érrendszer bőr alatti, de nem sokkal mélyebb vizsgálatához.

Mivel a hanghullámok tovább jutnak a testbe, mint a fény, a kutatók arra törekedtek, hogy a lézernyaláb fényét a bőr felszínén hanghullámokká alakítsák át, hogy a test mélyebb rétegeiről készíthessenek felvételeket.

Kutatásaik alapján a csoport 1550 nanométeres lézert választott, melynek hullámhosszát nagymértékben elnyeli a víz (ami biztonságos a szemre és a bőrre). Mivel a bőr lényegében vízből áll, a csapat úgy érvelt, hogy hatékonyan képes elnyelni ezt a fényt, amire reagálva felmelegszik és kitágul. Amikor visszatér normál állapotába, maga a bőr olyan hanghullámokat generál, amelyek áthaladnak a testen.

A kutatók az új módszert először zselatin formába ágyazott fémtárgyak ábrázolására használták, ami nagyjából hasonló mennyiségű vizet tartalmaz, mint a bőr. Ugyanazt a zselatint egy hagyományos ultrahangos készülékkel is megvizsgálták, és úgy találták, hogy mindkét kép rendkívül hasonló.

Ezután állati szöveten végeztek vizsgálatot, ebben az esetben sertésbőrön, ahol a lézer ultrahang segítségével meg tudták különböztetni a finomabb jellemzőket, például az izom, a zsír és a csont közötti határokat.

Végül a csoport elvégezte az első lézeres ultrahangos kísérleteket emberekkel, amit az MIT bizottsága hagyott jóvá az emberek kísérleti alanyokként történő felhasználára vonatkozó protokoll alkalmazásával. Számos egészséges önkéntes alkarjának szkennelése után a kutatók elkészítették az első teljesen érintkezés nélküli lézeres ultrahang képeket. A zsír-, izom- és szövethatárok jól láthatóak és összehasonlíthatók a kereskedelmi, kontakt-alapú ultrahang szondákkal előállított képekkel.

A kutatók azt tervezik, hogy tovább fejlesztik a technikájukat, és módszereket keresnek a rendszer teljesítményének fokozására a szövetek finom tulajdonságainak meghatározására. Arra is törekednek, hogy tökéletesítsék a detektáló lézer képességeit. Továbbá azt remélik, hogy miniatürizálhatják a készüléket, hogy a lézer ultrahang egy nap hordozható eszközként működjön.

(1) - https://www.nature.com/articles/s41377-019-0229-8
(2) - https://news.mit.edu/2019/first-laser-ultrasound-ima