MIT bouwt op laser gebaseerd systeem voor contactloos

Onlangs hebben onderzoekers van het Lincoln Laboratory van MIT en medewerkers van het Massachusetts General Hospital (MGH) Center for Ultrasound Research and Translation (CURT) een nieuw type medisch beeldvormingsapparaat ontwikkeld: contactloze laser-echografie (NCLUS).
Dit op laser gebaseerde echografiesysteem zou beelden opleveren van interne lichaamskenmerken zoals organen, vet, spieren, pezen en bloedvaten. Het systeem kan ook de botsterkte meten en mogelijk verschillende ziektestadia volgen.

"Ons gepatenteerde huidveilige lasersysteemconcept is ontworpen om medische echografie te transformeren door de beperkingen van traditionele contactsondes te overwinnen", legt hoofdonderzoeker Robert Haupt uit, een senior staflid bij de Active Optical Systems Group van Lincoln Laboratory.
Robert Haupt en senior staflid Charles Wynn zijn mede-uitvinders van de technologie, en Matthew Stowe, plaatsvervangend groepsleider, is verantwoordelijk voor technisch leiderschap en toezicht op het NCLUS-programma. Rajan Gurjar is de leider van de systeemintegrator, en Jamie Shaw, Bert Green, Brian Boitnott (nu aan Stanford University) en Jake Jacobsen werkten samen op het gebied van optische en werktuigbouwkunde en systeemconstructie.
Hoewel de modernste medische echografiesystemen weefselkenmerken binnen enkele millimeters kunnen onderscheiden, heeft deze technologie enkele beperkingen. Aan de andere kant kan contactloze laser-echografie (NCLUS) de behoefte aan sonografen verminderen en de variabiliteit van de operator verminderen door het proces van ultrasone beeldacquisitie volledig te automatiseren. Laserpositionering kan nauwkeurig worden gereproduceerd, waardoor de variabiliteit van herhaalde metingen wordt geëlimineerd. Omdat de meting contactloos is, is er geen sprake van plaatselijke weefselverdichting of vervorming van beeldkenmerken. Bovendien maakt contactloze laser-echografie (NCLUS), net als MRI en CT, gebruik van huidmarkeringen om een ​​vast referentiekader te bieden voor het reproduceren en vergelijken van herhaalde scans in de loop van de tijd. Ter ondersteuning van deze volgfunctie heeft het laboratoriumteam software ontwikkeld om echografiebeelden te verwerken en eventuele veranderingen tussen beelden te detecteren.
Contactloze laser-echografie (NCLUS) vereist geen handmatige drukverhoging of koppelingsgel (wat vereist is voor contactsondes), dus het is ook zeer geschikt voor patiënten die pijnlijke of gevoelige lichaamsdelen hebben, zich in een kwetsbare toestand bevinden of risico lopen van infectie. Deze technologie maakt beeldvorming mogelijk van patiënten met brandwonden of trauma, patiënten met directe openingen in diep weefsel tijdens operaties, premature baby's die intensieve zorg nodig hebben, patiënten met nek- en ruggengraatletsel en patiënten met op afstand gelegen infectieziekten.
Met behulp van een gepulseerde laser wordt lichtenergie door de lucht naar het huidoppervlak overgebracht, waar het licht snel wordt geabsorbeerd zodra het de huid binnendringt. De lichtpuls veroorzaakt onmiddellijke plaatselijke verwarming en vervormt de huid snel door een thermo-elastisch proces, dat op zijn beurt ultrasone golven genereert die als ultrasone bron fungeren.
De lichtpuls genereert voldoende ultrasoonvermogen met een frequentie die vergelijkbaar is met echte medische echografie, zonder pijn aan de huid te veroorzaken. Het onderzoeksteam patenteerde de keuze van optische dragergolflengten, en het foto-akoestische proces is ontworpen om een ​​consistente bron van ultrageluid te produceren, onafhankelijk van huidskleur of weefselruwheid.
Ultrasone echo's die vanuit het weefsel terugkeren, verschijnen als plaatselijke trillingen op het huidoppervlak, die worden gemeten door een zeer gevoelige, speciale laser-Doppler-vibrometer.