低成本、二重形式成像技术有助于早期的疾病检测

在医疗诊断成像是必不可少的,因为它允许临床医生检测和诊断各种疾病。尽管重大成像技术的进步,然而,现有单一成像技术往往达不到解决所有诊断场景,从而导致增加依赖多种成像类型和更高的医疗成本。为了应对这一挑战,伊利诺伊大学厄巴纳香槟的研究人员已经开发出一种二重形式成像技术,不仅提供全面的诊断信息,也为医疗服务提供者提供了一个具有成本效益的解决方案。

超声(美国)成像是一个普遍和广泛应用在医疗诊断工具。然而,它受限于图像质量低,通常必须搭配更高质量和更昂贵的成像方法,如核磁共振。增强我们成像,电子与计算机工程助理教授Yun-Sheng陈和杨赵,连同ECE研究生Shensheng赵,集成光声(PA)成像、超分辨率超声成像,和sparsity-constrained优化方法创建一个二重形式,超分辨率医学成像技术。这项新的研究中,“混合光声和快速超分辨率超声成像”,最近发表在自然通讯。

赵强调,这个新的成像工具功能”更多的可访问性、可移植性和成本效益。这种技术大大低于临床医学成像技术,同时提供类似的功能。”

传统的成像技术在识别疾病患者最有效的展品的结构性变化他们的器官。这些变化变得明显时,不幸的是,这种疾病经常发展到高级阶段。为克服此缺点,研究人员旨在开发一个更全面的成像技术能够检测更多的生理和生化异常血液流动的变化和组织氧合。通过合并两个新兴ultrasound-based成像方法,团队希望促进早期疾病检测,可能改善患者的治疗效果和预后。

光声成像技术,利用激光脉冲光,被组织在体内吸收,产生超声波信号,产生图像。有趣的是,每个组织展览一个独特的签名与光相互作用后,允许这两个组织的结构和内容。PA成像可以想象体内生理和生化过程,如血氧含量、组织构成、炎症和显像剂的分布(功能信息)。尽管PA成像的优势,但它也有它的局限性,其分辨率限制,使其无法解决好结构微脉管系统等重要目标的各种疾病,包括癌症和肾脏疾病。

超分辨率超声成像采用微气泡造影剂,在血液中流动,产生很强的超声波信号。先进的信号处理用于消除超声组织背景信号,只关注个人的信号在血流显像剂。这种技术可以实现高分辨率,使它理想的成像微脉管系统和测量相应的血液流动。作为超分辨率超声及光声成像可以共享相同的超声成像系统,他们非常适合开发二重形式成像。

我们结合超分辨率成像与PA成像可能听起来简单,但是每个技术都有自己的硬件要求和采集速度。不同的习得速度尤其重要,因为病人的自然运动,如他们的呼吸和心跳,可以导致成像信息随着时间的推移改变。sparsity-constrained优化应用到信号处理一致的速度两个成像技术,使光滑的扫描成像的区域。这种方法允许他们加速超分辨率超声成像的帧率高达37倍与合成数据和28倍在活的有机体内数据。匹配的成像速度使交叉两种成像类型的记录,让成功的共同注册的化学成分口口相传,血液流动和结构。

研究小组展示了他们开创性的技术在两个关键体内scenarios-lymph节点和肾脏。淋巴结是癌症会转移的第一个地方,和医生将检查患者的淋巴结,以确定如果一个淋巴切除术是必要的。在这个过程中,重要的是要知道淋巴结和可视化复杂血管周围的癌细胞。与当前技术,可以看到血管,或淋巴结可以,但不能两者兼得。这项新技术已经表明,它可以提供信息的淋巴结位置和脉管系统。

肾脏是另一个重要的感兴趣的领域,大约有15%的美国人将发展肾脏疾病,40%的慢性肾脏疾病并没有意识到他们的病情,直到执行诊断成像。血管和肾脏的氧化起到至关重要的作用在慢性肾脏疾病的发展。然而,像在淋巴结的情况下,目前的成像模式不能充分捕捉结构和功能信息。的双重成像模式可以识别不仅肾脏的不同的血管也肾脏的功能组织。

陈强调,“这个成像的主要好处是,它可以提供多维信息。我们可以添加不同层的成像。一层可以是结构性的,一层可以功能。”In the future, they aim to incorporate yet another layer—molecular information—to observe changes at the molecular or even genetic level, where most diseases occur.

校园团队,以及其他合作者,是热情的关于这部小说的潜在应用成像方法。他们感兴趣的使用方法来研究大脑神经退行性疾病。考虑氧气供应大脑功能的关键作用,这种成像技术可以提供一个强有力的工具,负责输送氧气的血液血管成像大脑。

参考:赵年代,Hartanto J,约瑟夫·R,吴CH,赵Y, Y。混合光声和快速超分辨率超声成像。Nat Commun。2023;14 (1):2191。doi:10.1038 / s41467 - 023 - 37680 - w

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