Notícia

Sistema usa laser para obter imagens de ultrassom sem contato

Glen Cooper, MIT

Fonte

MIT | Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Data

segunda-feira, 28 agosto 2023 15:30

Áreas

Biologia. Engenharia Biomédica. Física Médica. Fotônica. Imagens e Diagnóstico. Informática Médica. Medicina. Processamento de Sinais. Sistemas de Controle.

Pesquisadores do Laboratório Lincoln do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e colegas do Centro de Pesquisa em Ultrassom do Hospital Geral de Massachusetts (MGH), nos Estados Unidos, desenvolveram um novo dispositivo de imagem médica: o Noncontact Laser Ultrasound (NCLUS). Este sistema de ultrassom baseado em laser fornece imagens de características internas do corpo, como órgãos, gordura, músculos, tendões e vasos sanguíneos. O sistema também mede a resistência óssea e pode ter o potencial de rastrear os estágios de uma doença ao longo do tempo.

“Nosso conceito patenteado de sistema de laser seguro para a pele busca transformar o ultrassom médico, superando as limitações associadas às sondas de contato tradicionais”, explicou o Dr. Robert Haupt, pesquisador principal do estudo e membro sênior do Grupo de Sistemas Ópticos Ativos do Laboratório Lincoln do MIT. O Dr. Haupt e o Dr. Charles Wynn, também membro sênior da equipe, são coinventores da tecnologia, com o líder assistente do grupo Matthew Stowe fornecendo liderança técnica e supervisão do programa NCLUS. Rajan Gurjar é o líder de integração de sistemas, com Jamie Shaw, Bert Green, Brian Boitnott (agora na Universidade Stanford) e Jake Jacobsen colaborando na engenharia óptica e mecânica e na construção do sistema.

Ondas de ultrassom induzidas por luz

O sistema NCLUS emprega um laser pulsado que transmite energia óptica através do ar para a superfície da pele, onde a luz é rapidamente absorvida. O pulso óptico causa aquecimento localizado instantâneo e deforma rapidamente a pele por meio de um processo termoelástico, que por sua vez gera ondas ultrassônicas, atuando como fonte de ultrassom – fenômeno denominado fotoacústica.

O pulso óptico produz potência de ultrassom suficiente com frequências comparáveis às do ultrassom médico, sem causar nenhuma sensação na pele. A equipe patenteou a escolha dos comprimentos de onda do dispositivo óptico, com o processo fotoacústico projetado para criar uma fonte de ultrassom consistente, independente da cor da pele ou da rugosidade do tecido.

Os ecos de ultrassom que retornam do interior do tecido emergem na superfície da pele como vibrações localizadas, que são medidas por um vibrômetro laser Doppler especializado e altamente sensível.

“Com uma implementação apropriada de transmissão e recepção de laser, quaisquer superfícies de tecido expostas podem se tornar fontes e detectores de ultrassom viáveis”, explicou o Dr. Robert Haupt.

Avanços em direção a um sistema clinicamente operacional

Em 2019, a equipe demonstrou que o sistema de prova de conceito NCLUS (GEN-1) podia adquirir imagens de ultrassom de seres humanos usando lasers seguros para a pele – uma inovação na comunidade de tecnologia médica. No entanto, o tempo para adquirir os dados de imagem do paciente era longo e impraticável para a prática clínica. Além disso, a resolução da imagem do sistema GEN-1 foi significativamente menor do que a do ultrassom médico de última geração.

Desde então, ocorreu um desenvolvimento significativo de engenharia para fazer a transição do NCLUS GEN-1 para um sistema operacional apropriado para testes clínicos. No sistema clínico NCLUS, tanto a fonte quanto o receptor do laser são miniaturizados e alojados dentro de um cabeçote óptico anexado a uma estrutura portátil. Os lasers que pulsam e escaneiam são 500 vezes mais rápidos que os do sistema GEN-1, reduzindo assim o tempo total de aquisição de dados de imagem para menos de um minuto. Os futuros protótipos NCLUS envolverão tempos de aquisição mais rápidos, de menos de um segundo. O novo sistema clínico também opera em frequências de ultrassom muito mais altas do que as do sistema GEN-1, permitindo resolução de até 200 mícrons, o que é comparável à resolução do ultrassom médico de última geração.

A estrutura móvel permite muitos graus de liberdade para visualizar as diversas regiões do corpo. Dentro do cabeçote óptico também há espelhos programáveis de direção rápida que posicionam automaticamente a fonte e recebem feixes de laser para estabelecer com precisão o conjunto de ultrassom. Um lidar 2D é usado para mapear a topografia da superfície da pele do paciente; uma câmera infravermelha de ondas curtas de alta taxa de quadros registra a fonte do laser e os locais projetados pelo receptor na pele, fornecendo os parâmetros necessários para a construção das imagens de ultrassom.

Acesse a patente Systems and methods for generating non-contact ultrasound images using photoacoustic energy.

Acesse a notícia completa na página do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (em inglês).

Fonte: Ariana Tantillo, Laboratório Lincoln do MIT. Imagem: a estrutura de posicionamento portátil do ultrassom a laser sem contato possui vários graus de liberdade e contém um cabeçote óptico, que abriga uma fonte e receptor de laser miniaturizado, fibras ópticas flexíveis, espelhos e uma câmera. Fonte: Glen Cooper, MIT.

Em suas publicações, o Portal Tech4Health da Rede T4H tem o único objetivo de divulgação científica, tecnológica ou de informações comerciais para disseminar conhecimento. Nenhuma publicação do Portal Tech4Health tem o objetivo de aconselhamento, diagnóstico, tratamento médico ou de substituição de qualquer profissional da área da saúde. Consulte sempre um profissional de saúde qualificado para a devida orientação, medicação ou tratamento, que seja compatível com suas necessidades específicas.