レーザ

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MIT リンカーン研究所の研究者とマサチューセッツ総合病院 (MGH) 超音波研究翻訳センター (CURT) の共同研究者は、新しい医療画像装置である非接触レーザー超音波 (NCLUS) を開発しました。 このレーザーベースの超音波システムは、臓器、脂肪、筋肉、腱、血管などの体内の特徴の画像を提供します。 このシステムは骨の強度も測定し、病気の段階を長期にわたって追跡できる可能性があります。

「当社の特許取得済みの皮膚に安全なレーザー システムのコンセプトは、従来の接触プローブに伴う制限を克服することで医療用超音波を変革することを目指しています」と、リンカーン研究所のアクティブ オプティカル システム グループの上級スタッフである主任研究員のロバート ハウプト氏は説明します。 ハウプト氏と上級スタッフ メンバーのチャールズ ウィン氏はこの技術の共同発明者であり、アシスタント グループ リーダーのマシュー ストウ氏が技術的なリーダーシップと NCLUS プログラムの監督を行っています。 Rajan Gurjar 氏がシステム インテグレーターのリーダーであり、Jamie Shaw、Bert Green、Brian Boitnott (現在スタンフォード大学)、Jake Jacobsen が光学工学、機械工学、およびシステムの構築で協力しています。

医療用超音波検査の実践

医師が超音波検査を指示した場合、高度な訓練を受けた超音波検査技師が、携帯用デバイスにセットされた一連のトランスデューサーを身体に押し付けて操作することが予想されます。 超音波検査者が皮膚にトランスデューサー プローブを押し込むと、高周波音波 (超音波) が身体組織を貫通して伝播し、そこでさまざまな組織構造や特徴に「エコー」します。 これらのエコーは、体内深部の脂肪、筋肉、臓器、血管、骨などの音響インピーダンス、または組織強度の変化 (組織の柔らかさまたは硬さ) から現れます。 プローブは戻ってきたエコーを受信し、それが体の内部特徴の表現画像に組み立てられます。 特殊な処理スキーム (合成開口処理) を使用して 2D または 3D で組織特徴の形状が構築され、これらの構築はコンピュータのモニターにリアルタイムで表示されます。

超音波を使用すると、医師は体内を非侵襲的に「見て」、さまざまな組織とその形状を画像化できます。 超音波は、動脈や静脈を流れる血流の脈動を測定することもでき、組織や器官の機械的特性 (エラストグラフィー) を特徴付けることもできます。 超音波は、医師がさまざまな健康状態、病気、怪我を評価および診断するのを支援するために日常的に使用されています。 たとえば、超音波は、発育中の胎児の解剖学的構造の画像化、腫瘍の検出、心臓弁の狭窄や漏出の程度の測定に使用できます。 iPhone のハンドヘルド デバイスからカート ベースのシステムに至るまで、超音波は可搬性が高く、比較的安価で、ポイントオブケアや遠隔地設定で広く使用されています。

超音波の限界

最先端の医療用超音波システムは組織の特徴を数ミリメートルの単位で分解できますが、この技術にはいくつかの制限があります。 超音波検査者が体内の最適な観察窓を得るためにプローブをフリーハンドで操作すると、画像エラーが発生します。 より具体的には、超音波検査者が感触によってプローブに圧力を加えると、プローブが接触する局所組織がランダムに圧縮され、組織の特性に予測不可能な変化が生じ、超音波の伝播経路に影響を与えます。 この圧縮により、組織の特徴画像が多少の予測不可能性を伴って歪み、特徴の形状が正確にプロットされなくなります。 さらに、プローブをわずかでも傾けると、画像ビューの角度面が変化し、画像が歪み、身体のどこに特徴が配置されているかが不確かになります。

画像の歪みと位置基準の不確実性は非常に大きいため、たとえば腫瘍が大きくなっているのか小さくなっているのか、また腫瘍が宿主組織内のどこに位置しているのかなど、超音波では十分な信頼性を持って解決することができません。 さらに、フィーチャのサイズ、形状、位置の不確実性は、同じ超音波検査者が自分の手順を戻そうとした場合でも、繰り返し測定すると変化します。 オペレーターのばらつきと呼ばれるこの不確実性は、異なる超音波検査者が同じ測定を試みる場合により深刻になり、オペレーター間のばらつきにつながります。 これらの欠点のため、超音波による癌性腫瘍やその他の病状の追跡は制限されることがよくあります。 代わりに、磁気共鳴画像法 (MRI) やコンピューター断層撮影法 (CT) などの方法が、コストが非常に高く、システムのサイズと複雑さが大きくなり、放射線リスクが課せられたとしても、病気の進行を追跡することが義務付けられています。