MIT baut laserbasiertes System für berührungslose Kommunikation

Kürzlich haben Forscher am Lincoln Laboratory des MIT und Mitarbeiter am Center for Ultrasound Research and Translation (CURT) des Massachusetts General Hospital (MGH) einen neuen Typ eines medizinischen Bildgebungsgeräts entwickelt: berührungslosen Laserultraschall (NCLUS).
Dieses laserbasierte Ultraschallsystem soll Bilder von inneren Körpermerkmalen wie Organen, Fett, Muskeln, Sehnen und Blutgefäßen liefern. Das System kann auch die Knochenstärke messen und möglicherweise verschiedene Krankheitsstadien verfolgen.

„Unser patentiertes, hautsicheres Lasersystemkonzept soll den medizinischen Ultraschall revolutionieren, indem es die Einschränkungen herkömmlicher Kontaktsonden überwindet“, erklärt der leitende Forscher Robert Haupt, ein leitender Mitarbeiter der Active Optical Systems Group des Lincoln Laboratory.
Robert Haupt und Senior Staff Member Charles Wynn sind Miterfinder der Technologie, und Matthew Stowe, stellvertretender Gruppenleiter, ist für die technische Leitung und Überwachung des NCLUS-Programms verantwortlich. Rajan Gurjar ist der Leiter des Systemintegrators, und Jamie Shaw, Bert Green, Brian Boitnott (jetzt an der Stanford University) und Jake Jacobsen arbeiteten in den Bereichen Optik, Maschinenbau und Systemkonstruktion zusammen.
Während moderne medizinische Ultraschallsysteme Gewebemerkmale innerhalb weniger Millimeter unterscheiden können, weist diese Technologie einige Einschränkungen auf. Berührungsloser Laserultraschall (NCLUS) hingegen kann den Bedarf an Sonographen verringern und die Variabilität des Bedieners verringern, indem der Ultraschallbilderfassungsprozess vollständig automatisiert wird. Die Laserpositionierung kann genau reproduziert werden, wodurch die Variabilität wiederholter Messungen eliminiert wird. Da die Messung berührungslos erfolgt, ist keine lokale Gewebeverdichtung oder Bildverzerrung damit verbunden. Darüber hinaus nutzt der berührungslose Laserultraschall (NCLUS) ähnlich wie MRT und CT Hautmarker, um einen festen Referenzrahmen bereitzustellen und wiederholte Scans im Laufe der Zeit zu reproduzieren und zu vergleichen. Um diese Tracking-Funktion zu unterstützen, entwickelte das Laborteam eine Software zur Verarbeitung von Ultraschallbildern und zur Erkennung von Änderungen zwischen Bildern.
Der berührungslose Laserultraschall (NCLUS) erfordert weder manuelle Druckbeaufschlagung noch Kopplungsgel (was für Kontaktsonden erforderlich ist) und ist daher auch gut für Patienten geeignet, die schmerzhafte oder empfindliche Körperteile haben, sich in einem fragilen Zustand befinden oder gefährdet sind einer Infektion. Diese Technologie ermöglicht die Bildgebung von Verbrennungs- oder Traumapatienten, Patienten mit direkten Öffnungen zu tiefem Gewebe während der Operation, Frühgeborenen, die eine Intensivpflege benötigen, Patienten mit Nacken- und Wirbelsäulenverletzungen und Patienten mit entfernten Infektionskrankheiten.
Mittels eines gepulsten Lasers wird Lichtenergie durch die Luft an die Hautoberfläche übertragen, wo das Licht beim Eintritt in die Haut schnell absorbiert wird. Der Lichtimpuls verursacht eine sofortige lokale Erwärmung und verformt die Haut durch einen thermoelastischen Prozess schnell, wodurch wiederum Ultraschallwellen erzeugt werden, die als Ultraschallquelle fungieren.
Der Lichtimpuls erzeugt ausreichend Ultraschallleistung mit einer Frequenz, die mit echtem medizinischen Ultraschall vergleichbar ist, ohne dabei Schmerzen auf der Haut zu verursachen. Das Forschungsteam patentierte die Wahl der optischen Trägerwellenlängen und der photoakustische Prozess ist darauf ausgelegt, eine konsistente Ultraschallquelle zu erzeugen, unabhängig von Hautfarbe oder Geweberauheit.
Ultraschallechos, die aus dem Gewebe zurückkehren, erscheinen als lokalisierte Vibrationen auf der Hautoberfläche, die von einem hochempfindlichen, speziellen Laser-Doppler-Vibrometer gemessen werden.