东北大学与爱德万,实现皮下毛细血管的非侵袭可视化

新产品 · 新服务 2018年10月24日
日本语

日本东北大学与爱德万测试公司研发部合作,成功开发出了可以同时拍摄双波长光学超声波图像和普通纯超声波图像,适用于皮肤的“体内(invivo)成像技术”。

光学超声波成像即光声成像,是向生物组织照射光,并测量选择性地吸收光能的血液等产生的超声波信号,从而对体内组织进行成像的方法,作为适合测量皮肤内毛细血管的新型非侵袭成像法备受关注,因为利用传统技术很难测量皮肤内的毛细血管。

不过,仅使用光声成像法,即使能对皮肤内直径数十μm以下的毛细血管进行成像,但也无法确认获得的血管图像位于皮肤内各层的哪个区域。另外,虽然可以利用多个波长的光源来测量血管的氧饱和度,但身体的动作会影响测量结果,因此这种方法仅限于动物实验等研究用途。

此次开发的皮肤内成像技术采用聚集超声波进行检测的超声波传感器,用同一个传感器测量光学超声波和超声波,通过检测交替照射两种波长产生的超声波,可对皮肤内浅处的毛细血管网和血氧饱和度进行成像(图1)。只需约4分钟即可获得6mm见方范围深度2mm的图像数据。另外,还可利用获得的数据绘制血氧饱和度的图像,以及重叠光声图像和纯超声图像。

东北大学与爱德万实现皮下毛细血管的非侵袭可视化

图1:前臂皮肤的测量示例 ,血管颜色越蓝,血氧饱和度越低,颜色越红,血氧饱和度越高。

东北大学与爱德万测试公司成功削减了超声波传感器的尺寸,开发出了可同时测量双波长光声图像和纯超声图像的光学超声波3D成像技术,能对面部皮肤的血管和黑色素进行非侵袭成像,开拓了在美容领域的应用道路。

作为高分辨率光声成像方式,此次采用了通过集束型超声波传感器进行扫描的方式。采用这种传感器可以将血管等产生的超声波聚集到超声波传感器表面,获得光学超声波图像(图2(左)),接收由该传感器聚集超声波发射然后被反射回来的超声波,便可获得超声波图像(图2(右))。另外还使照射激光的光学系统和超声波传感器一体化,从而削减了尺寸,超声波传感器可以靠近复杂形状的面部皮肤。

东北大学与爱德万实现皮下毛细血管的非侵袭可视化

图2:采用集束型超声波传感器的光声成像(左)及超声波成像(右)的原理图

该扫描方式如果按照波长进行扫描,身体的动作和变化会影响测量结果,因此需要在一个测量场所进行双波长的光声成像和纯超声成像后再利用传感器扫描。为减少时间损失,必须在系统中同步双波长光源、超声波收发和传感器扫描。在该系统(图3)中,研发小组开发了专用的波长光源、超声波传感器和XY位移台,通过用专用电路板进行控制,缩短了测量时间,以15μm进程对深度2mm、6mm见方的范围进行扫描,大约4分钟完成了测量。

东北大学与爱德万实现皮下毛细血管的非侵袭可视化

图3:新开发系统的结构示意图

双波长光源能交替照射532nm和556nm的脉冲光,可根据获得的光学超声波信号的差来计算血氧饱和度。另外,通过将纯超声图像与光声图像重叠,还能调查皮肤表面的血管深度信息、与毛孔及皮脂腺等的关系。

针对身体(眼睛或者皮肤)部位的最大允许曝光量(Maximum Permissible Exposure)简称为MPE,此次的系统满足了皮肤的MPE,可进行面部皮肤等的体内成像。这样就可以将以前无法获得的皮肤血管的血氧饱和度信息与光学超声波图像一起成像,有望作为皮肤相关的新研发工具和诊断装置使用。

文 客观日本编辑部

日文发布全文 [PDF]

相关阅读