레이저

이전 이미지 다음 이미지

MIT 링컨 연구소(Lincoln Laboratory) 연구원과 매사추세츠 종합병원(MGH) 초음파 연구 및 번역 센터(CURT)의 협력자들은 새로운 의료 영상 장치인 비접촉 레이저 초음파(NCLUS)를 개발했습니다. 이 레이저 기반 초음파 시스템은 장기, 지방, 근육, 힘줄 및 혈관과 같은 신체 내부 특징의 이미지를 제공합니다. 이 시스템은 또한 뼈의 강도를 측정하고 시간이 지남에 따라 질병 단계를 추적할 수 있는 가능성도 있습니다.

"우리의 특허받은 피부 안전 레이저 시스템 개념은 전통적인 접촉 프로브와 관련된 한계를 극복하여 의료용 초음파를 변화시키려는 것입니다."라고 Lincoln Laboratory의 능동 광학 시스템 그룹 선임 연구원이자 수석 연구원인 Robert Haupt는 설명합니다. Haupt와 선임 직원인 Charles Wynn은 이 기술의 공동 발명가이며 보조 그룹 리더인 Matthew Stowe는 NCLUS 프로그램에 대한 기술 리더십과 감독을 제공합니다. Rajan Gurjar는 시스템 통합 책임자이며 Jamie Shaw, Bert Green, Brian Boitnott(현재 Stanford University 재직), Jake Jacobsen이 광학 및 기계 공학과 시스템 구축에 협력하고 있습니다.

실제로 의료용 초음파

의사가 초음파 검사를 지시하면 고도로 숙련된 초음파 검사자가 휴대용 장치에 설치된 일련의 변환기를 신체에 누르고 조작할 것으로 예상할 수 있습니다. 초음파 검사자가 피부를 가로질러 변환기 프로브를 밀면 고주파 음파(초음파)가 신체 조직을 관통하여 전파되며, 여기에서 서로 다른 조직 구조 및 특징에 "반향"됩니다. 이러한 에코는 신체 내부의 지방, 근육, 기관, 혈관 및 뼈의 음향 임피던스 또는 조직 강도(조직의 부드러움 또는 강성)의 변화로 나타납니다. 프로브는 되돌아오는 에코를 수신하고 이는 신체 내부 특징의 대표 이미지로 조립됩니다. 특수 처리 방식(합성 개구 처리)을 사용하여 2D 또는 3D로 조직 특징의 모양을 구성한 다음 이러한 구성을 컴퓨터 모니터에 실시간으로 표시합니다.

의사는 초음파를 사용하여 신체 내부를 비침습적으로 "볼" 수 있으며 다양한 조직과 그 구조를 이미지화할 수 있습니다. 초음파는 또한 동맥과 정맥을 통한 혈류 박동을 측정할 수 있으며 조직과 기관의 기계적 특성(탄성 검사)을 특성화할 수 있습니다. 초음파는 의사가 다양한 건강 상태, 질병 및 부상을 평가하고 진단하는 데 도움을 주기 위해 일상적으로 사용됩니다. 예를 들어, 초음파는 발달 중인 태아의 해부학적 영상을 촬영하고, 종양을 감지하고, 심장 판막의 협착 또는 누출 정도를 측정하는 데 사용될 수 있습니다. iPhone의 휴대용 장치부터 카트 기반 시스템에 이르기까지 초음파는 휴대성이 뛰어나고 상대적으로 저렴하며 현장 진료 및 원격 현장 설정에서 널리 사용됩니다.

초음파의 한계

최첨단 의료용 초음파 시스템은 밀리미터 단위의 조직 특징을 확인할 수 있지만 이 기술에는 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 신체 내부를 가장 잘 볼 수 있는 창을 얻기 위해 초음파 검사자가 탐침을 자유롭게 조작하면 영상 오류가 발생합니다. 보다 구체적으로, 초음파 검사자는 느낌으로 탐침에 압력을 가할 때 탐침이 접촉하는 국소 조직을 무작위로 압축하여 초음파의 이동 경로에 영향을 미치는 조직 특성에 예측할 수 없는 변화를 일으킵니다. 이러한 압축은 예측 불가능하게 조직 특징 이미지를 왜곡합니다. 즉, 특징 모양이 정확하게 표시되지 않습니다. 또한 프로브를 조금만 기울이면 이미지 보기의 각도 평면이 변경되어 이미지가 왜곡되고 신체의 특징이 어디에 위치하는지에 대한 불확실성이 발생합니다.

영상 왜곡과 위치 기준 불확실성은 초음파가 종양이 커지거나 작아지는지 여부와 종양이 숙주 조직에서 정확히 어디에 위치하는지와 같은 충분한 확신을 가지고 해결할 수 없을 만큼 중요합니다. 더욱이 특징 크기, 모양 및 위치의 불확실성은 동일한 초음파 검사자가 자신의 단계를 추적하려고 하는 경우에도 반복 측정에 따라 달라질 수 있습니다. 작업자 변동성이라고 하는 이러한 불확실성은 서로 다른 초음파 검사자가 동일한 측정을 시도할 때 더욱 심각하여 작업자 간 변동성을 초래합니다. 이러한 단점으로 인해 초음파는 암성 종양 및 기타 질병 상태를 추적하는 데 종종 제한됩니다. 대신 자기공명영상(MRI)이나 컴퓨터 단층촬영(CT)과 같은 방법을 사용하여 질병이 어떻게 진행되는지 추적해야 합니다. 비용이 훨씬 더 높고, 시스템 크기와 복잡성이 더 크며, 방사선 위험도 더 커지더라도 말이죠.