Một máy quét cầm tay mới được phát triển bởi các nhà nghiên cứu UCL có thể tạo ra hình ảnh quang âm 3D chi tiết trong vài giây.mở đường cho việc sử dụng chúng trong một môi trường lâm sàng lần đầu tiên và cung cấp tiềm năng cho chẩn đoán bệnh sớm hơn.
Trong nghiên cứu, được công bố tạiKỹ thuật y sinh học tự nhiên,Nhóm nghiên cứu cho thấy công nghệ của họ có thể cung cấp chụp ảnh chụp cắt lớp quang âm (PAT) cho các bác sĩ trong thời gian thực, cung cấp cho họ hình ảnh chính xác và phức tạp của các mạch máu,giúp thông báo chăm sóc bệnh nhân.
Photoacoustic tomography imaging uses laser-generated ultrasound waves to visualise subtle changes (an early marker of disease) in the less-than-millimetre-scale veins and arteries up to 15mm deep in human tissues.
Tuy nhiên, cho đến nay, công nghệ PAT hiện có đã quá chậm để tạo ra hình ảnh 3D chất lượng cao đủ để sử dụng bởi các bác sĩ lâm sàng.
Trong quá trình quét PAT, bệnh nhân phải hoàn toàn không di chuyển, có nghĩa là bất kỳ chuyển động nào trong quét chậm hơn có thể làm cho hình ảnh trở nên mờ và do đó không đảm bảo hình ảnh hữu ích lâm sàng.
Các máy quét PAT cũ hơn mất hơn 5 phút để chụp ảnh -- bằng cách giảm thời gian đó xuống vài giây hoặc ít hơn,chất lượng hình ảnh được cải thiện rất nhiều và thích hợp hơn cho những người yếu hoặc kém.
Các nhà nghiên cứu nói rằng máy quét mới có thể giúp chẩn đoán ung thư, bệnh tim mạch và viêm khớp trong vòng ba đến năm năm, tùy thuộc vào các thử nghiệm thêm
Tác giả tương ứng, Giáo sư Paul Beard (UCL Khoa học Y khoa và Kỹ thuật Y sinh và Trung tâm Wellcome / EPSRC về Khoa học can thiệp và phẫu thuật), nói:"Chúng tôi đã đi một chặng đường dài với hình ảnh quang học trong những năm gần đây, nhưng vẫn còn những rào cản để sử dụng nó trong phòng khám.
"Sự đột phá trong nghiên cứu này là sự tăng tốc trong thời gian cần thiết để có được hình ảnh, nhanh hơn 100 đến 1.000 lần so với máy quét trước đây.
"Tốc độ này tránh sự mờ nhạt do chuyển động, cung cấp hình ảnh chi tiết cao với chất lượng mà không máy quét nào khác có thể cung cấp.hình ảnh có thể được thu thập trong thời gian thực, cho phép hình dung các sự kiện sinh lý năng động.
"Những tiến bộ kỹ thuật này làm cho hệ thống này thích hợp cho việc sử dụng lâm sàng lần đầu tiên, cho phép chúng ta xem xét các khía cạnh của sinh học và bệnh tật của con người mà chúng ta chưa từng có thể trước đây.
Bây giờ cần nhiều nghiên cứu hơn với các nhóm bệnh nhân lớn hơn để xác nhận những phát hiện của chúng tôi".
Giáo sư Beard nói thêm rằng một ứng dụng tiềm năng quan trọng cho máy quét mới là để đánh giá viêm khớp viêm, đòi hỏi phải quét tất cả 20 khớp ngón tay ở cả hai bàn tay.điều này có thể được thực hiện trong vài phút - máy quét PAT cũ mất gần một giờ, là quá dài cho người già, bệnh nhân yếu, ông nói.
Kiểm tra máy quét trên bệnh nhân
Trong nghiên cứu, nhóm đã thử nghiệm máy quét trong các thử nghiệm tiền lâm sàng trên 10 bệnh nhân mắc bệnh tiểu đường loại 2, viêm khớp thấp hoặc ung thư vú, cùng với bảy tình nguyện viên khỏe mạnh.
Ở ba bệnh nhân mắc bệnh tiểu đường loại 2, máy quét có thể tạo ra hình ảnh 3D chi tiết về mạch máu nhỏ ở chân, làm nổi bật các biến dạng và thay đổi cấu trúc trong các mạch máu.Máy quét được sử dụng để hình dung viêm da liên quan đến ung thư vú.
Andrew Plumb, phó giáo sư hình ảnh y tế tại UCL và chuyên gia xạ trị tư vấn tại UCLH và là tác giả cao cấp của nghiên cứu, cho biết:"Một trong những biến chứng thường gặp của người bị tiểu đường là máu chảy thấp ở chân tay, chẳng hạn như chân và chân dưới, do tổn thương các mạch máu nhỏ ở những khu vực này.Nhưng cho đến bây giờ chúng tôi đã không thể nhìn thấy chính xác những gì đang xảy ra để gây ra thiệt hại này hoặc mô tả cách nó phát triển.
"Trong một bệnh nhân, chúng tôi có thể thấy mạch máu mịn màng, đồng đều ở chân trái và các mạch máu bị biến dạng, nhún nhún ở cùng một vùng chân phải,chỉ ra các vấn đề có thể dẫn đến tổn thương mô trong tương laiHình ảnh quang học có thể cung cấp cho chúng ta thông tin chi tiết hơn nhiều để tạo điều kiện chẩn đoán sớm, cũng như hiểu rõ hơn về sự tiến triển của bệnh nói chung".
Xếp ảnh chụp cắt lớp quang âm
Kể từ khi phát triển ban đầu vào năm 2000,PAT từ lâu đã được công bố là có tiềm năng cách mạng hóa sự hiểu biết của chúng ta về các quá trình sinh học và cải thiện việc đánh giá lâm sàng ung thư và các bệnh lớn khác.
Nó hoạt động bằng cách sử dụng hiệu ứng quang âm, xảy ra khi vật liệu hấp thụ ánh sáng và tạo ra sóng âm.
Máy quét PAT hoạt động bằng cách bắn tia laser rất ngắn vào mô sinh học.gây ra một sự gia tăng nhẹ nhiệt và áp suất mà lần lượt tạo ra một sóng siêu âm yếu chứa thông tin về môToàn bộ quá trình diễn ra chỉ trong một phần giây.
Trong nghiên cứu trước đó, những gì các nhà vật lý và kỹ sư tại UCL (dẫn đầu bởi Giáo sư Beard) phát hiện ra là sóng siêu âm có thể được phát hiện bằng ánh sáng.
Vào đầu những năm 2000, họ là những người tiên phong trong một hệ thống mà một sóng âm thanh gây ra những thay đổi nhỏ về độ dày của một tấm nhựa mỏng có thể được đo bằng cách sử dụng một chùm tia laser được điều chỉnh tốt.
Kết quả cho thấy cấu trúc mô chưa từng thấy trước đây.
Làm thế nào PAT có thể hỗ trợ phát hiện bệnh
Đối với một số tình trạng, như bệnh mạch ngoại vi (PVD), một biến chứng của bệnh tiểu đường,Các dấu hiệu sớm của những thay đổi trong các mạch máu nhỏ chỉ ra bệnh không thể được nhìn thấy bằng các kỹ thuật hình ảnh thông thường như quét MRI.
Nhưng với hình ảnh PAT chúng có thể -- mang lại tiềm năng điều trị trước khi mô bị tổn thương và để tránh lành vết thương kém và cắt bỏ, tờ báo nói.PVD ảnh hưởng đến hơn 25 triệu người trên khắp Hoa Kỳ và châu Âu, nó nói thêm.
Tương tự, với ung thư, khối u thường có mật độ cao của các mạch máu nhỏ quá nhỏ để nhìn thấy bằng các kỹ thuật hình ảnh khác.
Tiến sĩ Nam Huynh từ UCL Khoa học Y khoa và Kỹ thuật Y sinh, người đã phát triển máy quét với đồng nghiệp Tiến sĩ Edward Zhang, cho biết:"Photoacoustic hình ảnh có thể được sử dụng để phát hiện khối u và theo dõi nó tương đối dễ dàngNó cũng có thể được sử dụng để giúp các bác sĩ phẫu thuật ung thư phân biệt tốt hơn mô khối u từ mô bình thường bằng cách hình dung các mạch máu trong khối u.giúp đảm bảo toàn bộ khối u được loại bỏ trong phẫu thuật và giảm thiểu nguy cơ tái phátTôi có thể hình dung rất nhiều cách nó sẽ hữu ích. "
Tiến sĩ Huynh nói thêm rằng một lợi thế chính của công nghệ này là nó nhạy cảm với hemoglobin.
Cải thiện và thử nghiệm tốc độ máy quét
Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu UCL tìm cách vượt qua vấn đề tốc độ bằng cách giảm thời gian cần thiết để có được hình ảnh.Họ đạt được điều này bằng cách làm cho những đổi mới trong thiết kế máy quét và toán học được sử dụng để tạo ra các hình ảnh.
Không giống như các máy quét PAT trước đây, đo sóng siêu âm ở hơn 10.000 điểm khác nhau trên bề mặt mô,Máy quét mới phát hiện chúng tại nhiều điểm cùng một lúc, giảm đáng kể thời gian thu thập hình ảnh.
Nhóm nghiên cứu cũng sử dụng các nguyên tắc toán học tương tự như những nguyên tắc được sử dụng trong nén hình ảnh kỹ thuật số.Điều này cho phép tái tạo hình ảnh chất lượng cao từ vài ngàn (thay vì hàng chục ngàn) phép đo sóng siêu âm, một lần nữa tăng tốc độ thu thập hình ảnh. những đổi mới này giảm thời gian chụp hình thành một vài giây hoặc dưới một giây,loại bỏ chuyển động mờ và cho phép hình ảnh của những thay đổi năng động của mô được thực hiện.
Các nhà khoa học nói rằng cần nhiều nghiên cứu hơn với một nhóm bệnh nhân lớn hơn để xác nhận kết quả nghiên cứu của họ và mức độ máy quét sẽ hữu ích lâm sàng trong thực tế.
Những bước đầu tiên để phát triển chụp cắt lớp quang âm cho hình ảnh y tế đã được thực hiện vào năm 2000, nhưng nguồn gốc của kỹ thuật có từ năm 1880 khi cựu sinh viên UCL Alexander Graham Bell,mới phát minh ra điện thoại, quan sát sự chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành âm thanh có thể nghe thấy.
Năm 2019, các thành viên của nhóm nghiên cứu UCL đã thành lập DeepColor Imaging, một công ty spin-out của UCL hiện đang bán một loạt các máy quét dựa trên công nghệ PAT trên toàn thế giới.
Nghiên cứu này được hỗ trợ bởi Nghiên cứu Ung thư Anh, Hội đồng Nghiên cứu Khoa học Kỹ thuật và Vật lý, Wellcome,Hội đồng nghiên cứu châu Âu và Viện nghiên cứu y tế quốc gia Đại học London Hospitals Biomedical Research Centre.
Nguồn câu chuyện:
Vật liệudoĐại học London.Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho phong cách và độ dài.
Một máy quét cầm tay mới được phát triển bởi các nhà nghiên cứu UCL có thể tạo ra hình ảnh quang âm 3D chi tiết trong vài giây.mở đường cho việc sử dụng chúng trong một môi trường lâm sàng lần đầu tiên và cung cấp tiềm năng cho chẩn đoán bệnh sớm hơn.
Trong nghiên cứu, được công bố tạiKỹ thuật y sinh học tự nhiên,Nhóm nghiên cứu cho thấy công nghệ của họ có thể cung cấp chụp ảnh chụp cắt lớp quang âm (PAT) cho các bác sĩ trong thời gian thực, cung cấp cho họ hình ảnh chính xác và phức tạp của các mạch máu,giúp thông báo chăm sóc bệnh nhân.
Photoacoustic tomography imaging uses laser-generated ultrasound waves to visualise subtle changes (an early marker of disease) in the less-than-millimetre-scale veins and arteries up to 15mm deep in human tissues.
Tuy nhiên, cho đến nay, công nghệ PAT hiện có đã quá chậm để tạo ra hình ảnh 3D chất lượng cao đủ để sử dụng bởi các bác sĩ lâm sàng.
Trong quá trình quét PAT, bệnh nhân phải hoàn toàn không di chuyển, có nghĩa là bất kỳ chuyển động nào trong quét chậm hơn có thể làm cho hình ảnh trở nên mờ và do đó không đảm bảo hình ảnh hữu ích lâm sàng.
Các máy quét PAT cũ hơn mất hơn 5 phút để chụp ảnh -- bằng cách giảm thời gian đó xuống vài giây hoặc ít hơn,chất lượng hình ảnh được cải thiện rất nhiều và thích hợp hơn cho những người yếu hoặc kém.
Các nhà nghiên cứu nói rằng máy quét mới có thể giúp chẩn đoán ung thư, bệnh tim mạch và viêm khớp trong vòng ba đến năm năm, tùy thuộc vào các thử nghiệm thêm
Tác giả tương ứng, Giáo sư Paul Beard (UCL Khoa học Y khoa và Kỹ thuật Y sinh và Trung tâm Wellcome / EPSRC về Khoa học can thiệp và phẫu thuật), nói:"Chúng tôi đã đi một chặng đường dài với hình ảnh quang học trong những năm gần đây, nhưng vẫn còn những rào cản để sử dụng nó trong phòng khám.
"Sự đột phá trong nghiên cứu này là sự tăng tốc trong thời gian cần thiết để có được hình ảnh, nhanh hơn 100 đến 1.000 lần so với máy quét trước đây.
"Tốc độ này tránh sự mờ nhạt do chuyển động, cung cấp hình ảnh chi tiết cao với chất lượng mà không máy quét nào khác có thể cung cấp.hình ảnh có thể được thu thập trong thời gian thực, cho phép hình dung các sự kiện sinh lý năng động.
"Những tiến bộ kỹ thuật này làm cho hệ thống này thích hợp cho việc sử dụng lâm sàng lần đầu tiên, cho phép chúng ta xem xét các khía cạnh của sinh học và bệnh tật của con người mà chúng ta chưa từng có thể trước đây.
Bây giờ cần nhiều nghiên cứu hơn với các nhóm bệnh nhân lớn hơn để xác nhận những phát hiện của chúng tôi".
Giáo sư Beard nói thêm rằng một ứng dụng tiềm năng quan trọng cho máy quét mới là để đánh giá viêm khớp viêm, đòi hỏi phải quét tất cả 20 khớp ngón tay ở cả hai bàn tay.điều này có thể được thực hiện trong vài phút - máy quét PAT cũ mất gần một giờ, là quá dài cho người già, bệnh nhân yếu, ông nói.
Kiểm tra máy quét trên bệnh nhân
Trong nghiên cứu, nhóm đã thử nghiệm máy quét trong các thử nghiệm tiền lâm sàng trên 10 bệnh nhân mắc bệnh tiểu đường loại 2, viêm khớp thấp hoặc ung thư vú, cùng với bảy tình nguyện viên khỏe mạnh.
Ở ba bệnh nhân mắc bệnh tiểu đường loại 2, máy quét có thể tạo ra hình ảnh 3D chi tiết về mạch máu nhỏ ở chân, làm nổi bật các biến dạng và thay đổi cấu trúc trong các mạch máu.Máy quét được sử dụng để hình dung viêm da liên quan đến ung thư vú.
Andrew Plumb, phó giáo sư hình ảnh y tế tại UCL và chuyên gia xạ trị tư vấn tại UCLH và là tác giả cao cấp của nghiên cứu, cho biết:"Một trong những biến chứng thường gặp của người bị tiểu đường là máu chảy thấp ở chân tay, chẳng hạn như chân và chân dưới, do tổn thương các mạch máu nhỏ ở những khu vực này.Nhưng cho đến bây giờ chúng tôi đã không thể nhìn thấy chính xác những gì đang xảy ra để gây ra thiệt hại này hoặc mô tả cách nó phát triển.
"Trong một bệnh nhân, chúng tôi có thể thấy mạch máu mịn màng, đồng đều ở chân trái và các mạch máu bị biến dạng, nhún nhún ở cùng một vùng chân phải,chỉ ra các vấn đề có thể dẫn đến tổn thương mô trong tương laiHình ảnh quang học có thể cung cấp cho chúng ta thông tin chi tiết hơn nhiều để tạo điều kiện chẩn đoán sớm, cũng như hiểu rõ hơn về sự tiến triển của bệnh nói chung".
Xếp ảnh chụp cắt lớp quang âm
Kể từ khi phát triển ban đầu vào năm 2000,PAT từ lâu đã được công bố là có tiềm năng cách mạng hóa sự hiểu biết của chúng ta về các quá trình sinh học và cải thiện việc đánh giá lâm sàng ung thư và các bệnh lớn khác.
Nó hoạt động bằng cách sử dụng hiệu ứng quang âm, xảy ra khi vật liệu hấp thụ ánh sáng và tạo ra sóng âm.
Máy quét PAT hoạt động bằng cách bắn tia laser rất ngắn vào mô sinh học.gây ra một sự gia tăng nhẹ nhiệt và áp suất mà lần lượt tạo ra một sóng siêu âm yếu chứa thông tin về môToàn bộ quá trình diễn ra chỉ trong một phần giây.
Trong nghiên cứu trước đó, những gì các nhà vật lý và kỹ sư tại UCL (dẫn đầu bởi Giáo sư Beard) phát hiện ra là sóng siêu âm có thể được phát hiện bằng ánh sáng.
Vào đầu những năm 2000, họ là những người tiên phong trong một hệ thống mà một sóng âm thanh gây ra những thay đổi nhỏ về độ dày của một tấm nhựa mỏng có thể được đo bằng cách sử dụng một chùm tia laser được điều chỉnh tốt.
Kết quả cho thấy cấu trúc mô chưa từng thấy trước đây.
Làm thế nào PAT có thể hỗ trợ phát hiện bệnh
Đối với một số tình trạng, như bệnh mạch ngoại vi (PVD), một biến chứng của bệnh tiểu đường,Các dấu hiệu sớm của những thay đổi trong các mạch máu nhỏ chỉ ra bệnh không thể được nhìn thấy bằng các kỹ thuật hình ảnh thông thường như quét MRI.
Nhưng với hình ảnh PAT chúng có thể -- mang lại tiềm năng điều trị trước khi mô bị tổn thương và để tránh lành vết thương kém và cắt bỏ, tờ báo nói.PVD ảnh hưởng đến hơn 25 triệu người trên khắp Hoa Kỳ và châu Âu, nó nói thêm.
Tương tự, với ung thư, khối u thường có mật độ cao của các mạch máu nhỏ quá nhỏ để nhìn thấy bằng các kỹ thuật hình ảnh khác.
Tiến sĩ Nam Huynh từ UCL Khoa học Y khoa và Kỹ thuật Y sinh, người đã phát triển máy quét với đồng nghiệp Tiến sĩ Edward Zhang, cho biết:"Photoacoustic hình ảnh có thể được sử dụng để phát hiện khối u và theo dõi nó tương đối dễ dàngNó cũng có thể được sử dụng để giúp các bác sĩ phẫu thuật ung thư phân biệt tốt hơn mô khối u từ mô bình thường bằng cách hình dung các mạch máu trong khối u.giúp đảm bảo toàn bộ khối u được loại bỏ trong phẫu thuật và giảm thiểu nguy cơ tái phátTôi có thể hình dung rất nhiều cách nó sẽ hữu ích. "
Tiến sĩ Huynh nói thêm rằng một lợi thế chính của công nghệ này là nó nhạy cảm với hemoglobin.
Cải thiện và thử nghiệm tốc độ máy quét
Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu UCL tìm cách vượt qua vấn đề tốc độ bằng cách giảm thời gian cần thiết để có được hình ảnh.Họ đạt được điều này bằng cách làm cho những đổi mới trong thiết kế máy quét và toán học được sử dụng để tạo ra các hình ảnh.
Không giống như các máy quét PAT trước đây, đo sóng siêu âm ở hơn 10.000 điểm khác nhau trên bề mặt mô,Máy quét mới phát hiện chúng tại nhiều điểm cùng một lúc, giảm đáng kể thời gian thu thập hình ảnh.
Nhóm nghiên cứu cũng sử dụng các nguyên tắc toán học tương tự như những nguyên tắc được sử dụng trong nén hình ảnh kỹ thuật số.Điều này cho phép tái tạo hình ảnh chất lượng cao từ vài ngàn (thay vì hàng chục ngàn) phép đo sóng siêu âm, một lần nữa tăng tốc độ thu thập hình ảnh. những đổi mới này giảm thời gian chụp hình thành một vài giây hoặc dưới một giây,loại bỏ chuyển động mờ và cho phép hình ảnh của những thay đổi năng động của mô được thực hiện.
Các nhà khoa học nói rằng cần nhiều nghiên cứu hơn với một nhóm bệnh nhân lớn hơn để xác nhận kết quả nghiên cứu của họ và mức độ máy quét sẽ hữu ích lâm sàng trong thực tế.
Những bước đầu tiên để phát triển chụp cắt lớp quang âm cho hình ảnh y tế đã được thực hiện vào năm 2000, nhưng nguồn gốc của kỹ thuật có từ năm 1880 khi cựu sinh viên UCL Alexander Graham Bell,mới phát minh ra điện thoại, quan sát sự chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành âm thanh có thể nghe thấy.
Năm 2019, các thành viên của nhóm nghiên cứu UCL đã thành lập DeepColor Imaging, một công ty spin-out của UCL hiện đang bán một loạt các máy quét dựa trên công nghệ PAT trên toàn thế giới.
Nghiên cứu này được hỗ trợ bởi Nghiên cứu Ung thư Anh, Hội đồng Nghiên cứu Khoa học Kỹ thuật và Vật lý, Wellcome,Hội đồng nghiên cứu châu Âu và Viện nghiên cứu y tế quốc gia Đại học London Hospitals Biomedical Research Centre.
Nguồn câu chuyện:
Vật liệudoĐại học London.Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho phong cách và độ dài.
