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il sistema Tutto ottico di ultrasuono tiene il potenziale di rivoluzionare gli interventi immagine-guida

Mentre l'ultrasuono è uno degli strumenti di imaging biomedico più comuni, le unità elettroniche convenzionali di ultrasuono tendono ad essere ingombranti e non possono essere usate contemporaneamente ad alcune altre tecnologie dell'immagine. Un nuovo sistema di ultrasuono che usa ottico, invece dei componenti elettronici, potrebbe migliorare la prestazione mentre danno cura la significantly more flessibilità in come usano l'ultrasuono per diagnosticare e trattare i problemi di salute.

In giornale ottico (OSA) della società le ottica biomediche esprimono, ricercatori dimostrano per la prima volta l'uso di un toner tutto ottico di ultrasuono per il video-rate, rappresentazione di tempo reale la 2D del tessuto biologico. Il risultato è un punto importante verso rendere l'ultrasuono tutto ottico pratico per uso clinico sistematico.

Poiché richiedono nessun componente elettronico nella rappresentazione sonda, sistemi tutto ottici di ultrasuono potrebbe essere usato sicuro contemporaneamente agli scanner (MRI) di imaging a risonanza magnetica. Ciò dare a medici una maschera più completa dei tessuti intorno ad un centro di interesse, quali un tumore o un vaso sanguigno.

“le sonde Tutto ottiche della rappresentazione di ultrasuono hanno il potenziale di rivoluzionare gli interventi immagine-guida,„ ha detto Erwin J. Alles, l'University College di Londra, Regno Unito. “Una mancanza di elettronica e della compatibilità risultante di MRI terrà conto vero orientamento di immagine di multimodality, con le sonde che sono potenzialmente appena una frazione del costo delle controparti elettroniche convenzionali.„

Gli specchi di scansione di Lightbeam costruiti nell'unità aumentano la qualità di immagine e permettono di acquistare le immagini nei modi differenti. In una regolazione clinica, questo permetterebbe che medici basculino rapido fra i modi su un singolo strumento per essere adatto al compito attuale. L'acquisto dei tipi differenti di immagini facendo uso dei sistemi convenzionali di ultrasuono richiede tipicamente le sonde specializzate separate.

“La flessibilità offerta dagli specchi di scansione terrà conto la commutazione senza cuciture fra la 2D e la rappresentazione 3D come pure un rapporto dinamicamente regolabile tra risoluzione di immagine e profondità di infiltrazione, senza la necessità di operazione swap la sonda di rappresentazione,„ ha detto Alles. “Particolarmente in una regolazione interventional come minimo dilagante, operazione swap le sonde della rappresentazione è altamente perturbatrice, estende i tempi di procedura ed introduce i rischi al paziente.„

Eliminazione dell'elettronica

Schiere convenzionali di uso dei toner di ultrasuono dei trasduttori elettronici per trasmettere le onde di suono ad alta frequenza nel tessuto e per ricevere i riflessi. Un computer poi costruisce le immagini con tessuto.

Al contrario, i toner tutto ottici di ultrasuono usano l'indicatore luminoso a sia trasmettono che ricevono le onde di ultrasuono. La luce laser pulsata è usata per generare le onde di ultrasuono e lo scansione rispecchia il controllo dove le onde sono trasmesse nel tessuto. Un sensore a fibra ottica riceve le onde riflesse.

I componenti elettronici delle unità convenzionali di ultrasuono le rendono difficili miniaturizzare per uso interno, delle unità così la maggior parte attuali di ultrasuono sono grandi, sonde tenute in mano che sono collocate contro l'interfaccia. Mentre alcune come minimo sonde dilaganti ad alta definizione di ultrasuono sono state sviluppate, sono troppo costose per uso clinico sistematico. Le componenti ottiche sono miniaturizzate facilmente e le sonde tutto ottiche minuscole di ultrasuono probabilmente sarebbero significativamente meno costose fabbricare che comprimere i sistemi elettronici di ultrasuono, i ricercatori dicono.

Accelerazione del trattamento di immagine

Per generare le immagini, un sistema tutto ottico di ultrasuono deve acquistare i dati dalle posizioni ottiche multiple di sorgente, le combina insieme e poi crea una visualizzazione che ricostruisce l'area che è imaged.

I ricercatori precedentemente hanno dimostrato facendo uso dell'ultrasuono tutto ottico per generare le 2D e le immagini di alta qualità 3D, ma acquistare le immagini ha richiesto le ore, facenti queste unità anche rallenta per essere utilizzato in una regolazione clinica. La nuova dimostrazione è la prima da acquistare ed immagini di visualizzazione con l'ultrasuono tutto ottico alle video tariffe.

“Con la combinazione di nuovo paradigma della rappresentazione, di nuovo ultrasuono ottico che generano i materiali, di geometrie ottimizzate di sorgente di ultrasuono e di rivelatore a fibra ottica altamente sensibile di ultrasuono, abbiamo raggiunto i frami per secondo di immagine che erano fino a tre ordini di grandezza più velocemente della punta del progresso corrente,„ abbiamo detto Alles.

Un multitool medico

I sistemi ottici di ultrasuono sono inerentemente più versatili delle loro controparti elettroniche perché possono produrre il suono ad una larghezza di banda molto più grande. Alles e colleghi dimostrati come la sorgente luminosa può essere manipolata per generare qualsiasi ultrasuono a bassa frequenza, che provoca la maggior infiltrazione nel tessuto, o ultrasuono ad alta frequenza, che offre le immagini più di alta risoluzione ad una profondità più bassa.

Il gruppo ha provato il loro sistema di prototipo dalla rappresentazione uno zebrafish deceduto come pure un'arteria del maiale che hanno manipolato per emulare la dinamica di sangue pulsante. La dimostrazione ha mostrato le capacità della rappresentazione comparabili ad un sistema ad alta frequenza elettronico di ultrasuono, con un frame per secondo continuo di 15 Hertz, una gamma dinamica di 30 decibel, di una profondità di infiltrazione di 6 millimetri e di una risoluzione di 75 da 100 micrometri.

Per adattare la tecnologia per uso clinico, i ricercatori stanno lavorando per sviluppare una sonda lunga e flessibile della rappresentazione per l'operazione a mano libera come pure le versioni miniaturizzate per le applicazioni endoscopiche.