Улучшенная двухрежимная визуализация: новый датчик обеспечивает одновременно ультразвуковую и фотоакустическую визуализацию
Исследовательская группа разработала первую в мире высокопроизводительную фотоакустическую эндоскопию на основе прозрачного ультразвукового преобразователя. Результаты их работы были недавно опубликованы в журнале Science Advances.
Эндоскопическое ультразвуковое исследование широко применяется в гастроэнтерологии для диагностики рака , однако оно обеспечивает ограниченную контрастность мягких тканей и предоставляет только структурную информацию, что в конечном итоге снижает диагностическую чувствительность.
Для решения этой проблемы многочисленные исследования пытались объединить фотоакустическую технологию с эндоскопическим ультразвуком , чтобы предоставить более подробную информацию о сосудистой системе тканей, тем самым улучшая раннее выявление рака. Однако достижение высококачественной фотоакустической и ультразвуковой визуализации одновременно в рамках сверхкомпактного зонда оказалось сложной задачей.
Для получения изображений с высоким разрешением свет и ультразвук должны быть выровнены в одном направлении. Однако прошлые попытки столкнулись с ограничениями в достижении такого выравнивания. В конечном счете, выравнивание можно было достичь либо просверлив отверстие в ультразвуковом преобразователе для фиксации светового пути, либо наклонив оптическую систему для выравнивания двух путей. Однако оба подхода сопряжены с компромиссами, часто ставя под угрозу качество либо ультразвукового изображения, либо фотоакустического изображения.
В этом исследовании исследовательская группа разработала сверхкомпактный (1 мм²) прозрачный ультразвуковой преобразователь, способный одновременно обеспечивать ультразвуковую и фотоакустическую визуализацию высокого разрешения. Для этого они использовали пьезоэлектрический материал (PMN-PT), известный своей высокой диэлектрической проницаемостью и пригодностью для миниатюризации.
Преобразователь был изготовлен с использованием прозрачных материалов, включая электроды из оксида индия и олова и уретановые звукопоглощающие слои, которые сохраняют структуру преобразователя, одновременно пропуская световой путь. Такая конструкция позволяет получать ультразвуковые и фотоакустические изображения с высоким разрешением. Исследователи успешно интегрировали оптическую и акустическую системы в этот сверхкомпактный зонд и выровняли два пути визуализации.
Для оценки технологии команда вставила устройство в канал коммерческого эндоскопа и сделала снимки свиного пищевода. В результате им удалось четко визуализировать все слои от слизистой оболочки пищевода до мышечного слоя, с ультразвуковыми характеристиками, сопоставимыми с коммерческими эндоскопами. Кроме того, они получили фотоакустические изображения высокого разрешения даже на больших расстояниях, что демонстрирует большой клинический потенциал фотоакустической ультразвуковой эндоскопии.
Профессор Чулхонг Ким из POSTECH отметил: «Ожидается, что этот прорыв позволит преодолеть ограничения существующих фотоакустически-ультразвуковых систем и значительно повысить точность диагностики».
Профессор Хи Ман Ким из онкологической больницы Ёнсе добавил: «Эти успешные экспериментальные результаты с использованием фотоакустической ультразвуковой эндоскопической системы на основе прозрачного ультразвукового датчика знаменуют собой важный первый шаг на пути к разработке и локализации инновационных диагностических медицинских устройств».