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將光聲成像與機(jī)器人視覺伺服相結(jié)合,以實(shí)現(xiàn)在手術(shù)過程中

MEMS ? 來源:MEMS ? 2020-04-28 15:01 ? 次閱讀
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約翰霍普金斯大學(xué)(Johns Hopkins)的研究人員已成功在豬身上試驗(yàn)證明光聲成像可用于輔助外科手術(shù)。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道,約翰霍普金斯大學(xué)(Johns Hopkins University)開展了一項(xiàng)研究:將光聲成像與機(jī)器人視覺伺服相結(jié)合,以實(shí)現(xiàn)在手術(shù)過程中,心臟導(dǎo)管的可視化和手術(shù)引導(dǎo)。該研究成果為光聲成像技術(shù)應(yīng)用于更多醫(yī)療過程邁出了重要一步。

這項(xiàng)研究成果發(fā)表在近期的國際期刊IEEE Transactions on Medical Imaging上,雖然內(nèi)容是在豬身上進(jìn)行的心臟手術(shù),但是研究結(jié)果可適用于任何使用導(dǎo)管的手術(shù),可能包括體外受精,或使用da Vinci機(jī)器人系統(tǒng)的手術(shù),在這些手術(shù)中,臨床醫(yī)生需要更清晰地察看大血管。

約翰霍普金斯大學(xué)光聲與超聲系統(tǒng)工程(PULSE)實(shí)驗(yàn)室的Muyinatu Bell說:“這是第一次有人證明,光聲成像可以在活體動(dòng)物的心臟上進(jìn)行,其解剖結(jié)構(gòu)和大小與人類相似?!?/p>

光聲成像技術(shù)利用非電離的激光脈沖短暫照射目標(biāo),目標(biāo)吸光受熱而快速膨脹,然后冷卻,如此反復(fù)從而產(chǎn)生超聲波信號(hào)。

作為一種特別重要的血紅蛋白成像手段,光聲成像技術(shù)可以非常準(zhǔn)確地評(píng)估血液的供給量或腫瘤的邊緣,它還可以提供導(dǎo)管尖端在血管或跳動(dòng)的心臟內(nèi)位置的深度信息,并增強(qiáng)可視化效果,這就是約翰霍普金斯團(tuán)隊(duì)此次研究的重要目標(biāo)。

過去在手術(shù)過程中僅依靠超聲成像輔助導(dǎo)管追蹤,由于聲波雜亂,往往導(dǎo)致生成的圖像質(zhì)量較差,因此光聲成像技術(shù)可能成為一種有價(jià)值的替選方案。

研究團(tuán)隊(duì)在發(fā)表的論文中指出:“除了已知的只用超聲引導(dǎo)導(dǎo)管放置帶來的圖像質(zhì)量挑戰(zhàn)外,另一個(gè)挑戰(zhàn)是期望實(shí)現(xiàn)手持探頭。我們建議通過機(jī)器人光聲系統(tǒng)來克服這兩個(gè)挑戰(zhàn),該系統(tǒng)可以固定探頭并根據(jù)在導(dǎo)管尖端上發(fā)出的光聲信號(hào),自動(dòng)將其居中放置。”

對(duì)于這項(xiàng)研究,Bell的研究團(tuán)隊(duì)在導(dǎo)管的空心芯內(nèi)放置一根光纖,光纖的一端連接到激光器可傳輸750 nm的光波,這樣光纖的可視化與導(dǎo)管尖端的可視化保持一致。同時(shí)拍攝常規(guī)的超聲圖像,并將其與光聲信號(hào)傳遞的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

然后,該團(tuán)隊(duì)使用Rethink Robotics的Sawyer機(jī)器人對(duì)已麻醉了的兩頭豬進(jìn)行心臟導(dǎo)管檢查。最初,采用X線透射法映射導(dǎo)管通往心臟的路徑。

Bell的研究團(tuán)隊(duì)成功地使用了機(jī)器人技術(shù)來固定超聲探頭,并保持光聲信號(hào)的持續(xù)可視化,每隔幾毫米就接收一次圖像反饋。與傳統(tǒng)的X線透射檢查和電磁成像技術(shù)相比,通過光聲測(cè)量的導(dǎo)管尖端位置,1D測(cè)量的誤差在0.25 ~ 2.28 mm,3D測(cè)量的誤差在1.24 ~ 1.54 mm。

該團(tuán)隊(duì)的論文稱,他們對(duì)激光照射區(qū)域的心臟組織,進(jìn)行組織病理學(xué)分析,盡管在纖維尖端每個(gè)激光脈沖的能量有2.98 mJ,但并未發(fā)現(xiàn)與激光相關(guān)的組織損傷。

雖然現(xiàn)在需要更多的實(shí)驗(yàn)來確定機(jī)器人光聲成像系統(tǒng)是否可以小型化,并用于導(dǎo)引更復(fù)雜的路徑,以及進(jìn)行臨床試驗(yàn)以確定其安全性,但他們表示,這些發(fā)現(xiàn)是向前邁進(jìn)的一大步。

Bell表示:“我們期望,這項(xiàng)技術(shù)最終將形成完整的系統(tǒng),它服務(wù)于四個(gè)方面的目的:引導(dǎo)心臟病專家走向心臟,確定導(dǎo)管在體內(nèi)的精確位置,確認(rèn)導(dǎo)管尖端與心臟組織的接觸,并最終判斷受損的心臟是否在心臟射頻消融手術(shù)中已得到修復(fù)。”

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原文標(biāo)題:光聲成像技術(shù)活體應(yīng)用新突破,為更安全的心臟手術(shù)邁出重要一步

文章出處:【微信號(hào):MEMSensor,微信公眾號(hào):MEMS】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

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