融合光学与超声,透视生物多维景象

2024年11月29日 19:57 来源:迈瑞医疗


融合光学与超声,透视生物多维景象

11月27日,国家药品监督管理局正式批准了迈瑞医疗旗下超声诊断系统创新产品的注册申请。作为国内首个以临床科研为导向的超声诊断系统,Resona Y·盘古正式发布,它由前沿创新技术、科研实验平台和数据管理分析三大核心模块组成,旨在为临床研究者提供完善的科研探索平台。

“光声/超声双模态多光谱功能成像系统研发项目”是国家重点研发计划“诊疗设备与生物医用材料”的重点专项。2024年3月,迈瑞医疗携手北京协和医院,邀请数百名专家学者,于中华医学会第二届超声医学青年学术会议共同见证项目启动仪式的举办。



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Resona Y·盘古是国内首个融合了超声与光声成像技术的双模态产品,它实现了从结构成像向结构功能成像跃迁的历史性突破,光声成像这一技术亦成为近年来许多学者关注的新兴热点。

我们访谈了光声成像联合研发团队的主要成员,从他们的视角了解征服未知与挑战的故事。



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“光声成像是2011年我在斯坦福大学分子研究中心工作学习时接触到的新兴技术,它突破了传统光学成像的深度壁垒,实现活体组织成分形态结构和代谢功能的成像,具有重要的临床应用前景。”北京协和医院超声科主任医师、博士研究生导师杨萌教授说。

“当时的研究都聚焦在小动物水平,作为一个影像学的临床医生,我十分希望它能应用于人体,解决更多临床诊疗面临的问题。”



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随后,北京协和医院超声医学科姜玉新、杨萌团队携手迈瑞医疗与国内顶尖高校、医疗机构等共同组成研究团队,光声成像技术开发工作就此展开。



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“光声成像项目启动时最大的问题来自于对技术不确定性的担忧,当时全球范围内有关光声成像的研究只停留在科研探索层面,还没有一个类似的产品上市,这对于我们来讲是非常大的挑战。”迈瑞医疗研发负责人杨芳回忆。



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研制专用激光发射系统

组织血氧饱和度是由脱氧血红蛋白和含氧血红蛋白综合定量计算得出,而单一波长的激光发射系统仅能针对某种血红蛋白进行定量,为了计算组织血氧饱和度,需要研制一款能够连续调节及发射不同光波长的系统,但这项技术却一直掌握在国外厂商手中。

杨芳谈到:“为了突破技术垄断,我们基于灯泵激光器结构设计非线性光学模块,同时利用高精度振镜扫描技术实现光谱快速调谐,通过自制的高压电源,最终实现对可调光的精准控制”。



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后期的临床研究也表明,自主研发的激光发射系统在整机重量、噪声控制和系统稳定性等方面都要明显优于国外产品。

 开发一体化光声专用探头

作为“成像系统”的核心,光声专用探头要实时发射光学信号并接收声学信号,这对探头集成化的要求极高。



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杨芳介绍:“为了提高光信号的发射强度,我们对声透镜进行了特殊工艺的处理,并将探头制作为纯白色,以减少光在传播过程中被过分吸收。另一方面,为了确定更好的光声复合成像方式,我们对导光束和探头的夹角进行了有限元分析,模拟光在不同角度下传播的分布情况,最终确定了光线更优的入射角度”。



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通过一系列的技术创新,诸多原先看来是技术瓶颈的问题都在之后被逐一突破,最终研制出能够适用于人体的光声专用探头。

从仿真到临床转化

由于光声成像在临床应用上尚属于一项新技术,对它的成像解读难以在行业找到参考,意义更是未知,工程师在技术开发的过程中需要不断与临床医生沟通,参考临床的建议,优化算法,为技术的产品化落地打基础。



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针对这个问题,杨萌教授和杨芳回忆起一个小故事:“第一次使用光声成像设备进行甲状腺的扫查时,我们获取了一幅信号非常丰富的图像,内心十分激动,但仔细分析下来发现这其中绝大多数都是伪像,这种情况给我们带来了巨大的挫败感。”

经历了系统地分析之后,工程+临床团队认真挖掘了这里面存在的问题,不断改进并完善技术。“就是这样反复不断试错的过程,加深了我们对光声图像的理解,为后续的临床应用起到了至关重要的作用。”她们说。



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十载研发,作为国内首个将光声成像技术应用于人体临床的团队,目前已借此技术率先在国际上开展了多病种的前瞻性观察研究,取得了众多科研学术成果,显著提高了我国光声成像临床转化研究的国际影响力。



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北京协和医院 杨萌教授团队论文发表


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深圳市人民医院 董发进教授团队论文发表

光声成像的优势在于能同时进行形态与功能成像,为肿瘤与炎症等重大疾病提供新的诊断方法,目前已在乳腺、甲状腺、关节、皮肤等部位的临床疾病诊断方向发表众多学术成果。作为国际影像学领域的前沿热点技术,未来还会涌现出更多的研究方向。

十年磨一剑,我们初心不改,攻坚克难。未来,我们将转化此次突破中取得的成果与应用,再进一步开拓创新领域的同时,将高端科技应用于更广阔的超声领域,聚焦医院的高质量发展,助力医疗质量提升。

 


责任编辑:xby

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