先进的技术简化了激光医学成像

时间:2020-02-26 19:59 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

先进的技术简化了激光医学成像

光声成像是一种利用激光和超声波来检测生物材料的技术,由于它能够显示从器官到血管到肿瘤的一切,因此在医学上有许多潜在的应用。

加州理工学院的王立红是这一领域的先行者,他开发出了各种各样的光声成像技术,这些技术可以显示器官的实时运动,生成身体内部部分的三维图像,甚至可以区分癌细胞和健康细胞。

医学工程和电气工程的Bren教授王现在进一步发展了光声成像技术,他称之为通过遍历继电器(PATER)的光声地形图,其目的是简化此类成像所需的设备。

要解释PATER如何工作,需要一些背景信息。光声成像是通过向待检测组织发射激光脉冲来实现的。当光线照射到组织内的分子时,它会引起分子振动,产生超声波,在组织内传播,直到被一种叫做传感器的传感器压在组织表面时接收到。传感器检测到的信号由计算机处理,以创建组织内部结构的图像。

该系统工作正常,但为了生成清晰的图像,需要多个传感器。这项技术的一次迭代使用了512个传感器,所有传感器都需要一次按压在组织上。

“表面上的每个点都必须被一个传感器阵列覆盖,这是一种昂贵的建设,”王说。“我们正在考虑如何让我们的系统更便宜、更可穿戴。很难做出足够紧凑的阵列来佩戴。”

使该系统更便宜、更紧凑意味着使用更少的传感器,但这将使收集足够的数据以形成图像变得困难。现在,王和他的研究团队找到了一个变通方法:所谓的遍历中继。

在计算中,有两种主要的数据传输方式:串行和并行。在串行传输中,数据通过一个通信信道以单个流的形式发送。在并行传输中,使用多个通信通道同时发送几条数据。

这两种通信方式大致类似于商店中使用收银机的方式。串行通信就像一台收银机。每个人都排在同一行,看到同一个收银员。并行通信就像有多个寄存器,每个寄存器有一条线。

王设计的系统有512个传感器,类似于有很多收银机的商店。所有的传感器都是同时工作的,每个传感器都有一部分关于激光脉冲产生的超声波振动的数据。

由于来自系统的超声波振动是在短时间内产生的,如果一个传感器试图在短时间内收集所有数据,它将不堪重负。这就是遍历传递的作用。

正如王所描述的,遍历继电器是一种声音可以在其周围产生回声的容器。当超声波振动通过遍历继电器时,它们被及时拉伸。回到收银机的比喻,这就像让另一名员工帮助单个收银员,让顾客绕着商店走几圈,直到收银员准备好看到他们,这样收银员就不会不知所措。

王说,PATER系统的第一个版本能够生成2d图像,但是还不能像他的其他光声系统那样生成3d图像。他补充说,该系统成熟后,除了成像组织和身体结构外,还可能用于其他医疗用途。

他说:“如果我们使用被葡萄糖吸收的光的波长,我们也许可以用它来检测糖尿病患者的血糖水平。”“也许我们可以经营脂质小组?”如果我们调整这些分子的系统,我们就能感知各种化学物质。”

这篇题为“通过一个遍历继电器实现高通量光学吸收成像的快照光声地形图”的论文发表在1月20日的《自然光子学》杂志上。

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