約翰霍普金斯大學(xué)（Johns Hopkins）的研究人員已成功在豬身上試驗(yàn)證明光聲成像可用于輔助外科手術(shù)。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，約翰霍普金斯大學(xué)（Johns Hopkins University）開展了一項(xiàng)研究：將光聲成像與機(jī)器人視覺伺服相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)在手術(shù)過程中，心臟導(dǎo)管的可視化和手術(shù)引導(dǎo)。該研究成果為光聲成像技術(shù)應(yīng)用于更多醫(yī)療過程邁出了重要一步。

這項(xiàng)研究成果發(fā)表在近期的國際期刊IEEE Transactions on Medical Imaging上，雖然內(nèi)容是在豬身上進(jìn)行的心臟手術(shù)，但是研究結(jié)果可適用于任何使用導(dǎo)管的手術(shù)，可能包括體外受精，或使用da Vinci機(jī)器人系統(tǒng)的手術(shù)，在這些手術(shù)中，臨床醫(yī)生需要更清晰地察看大血管。

約翰霍普金斯大學(xué)光聲與超聲系統(tǒng)工程（PULSE）實(shí)驗(yàn)室的Muyinatu Bell說：“這是第一次有人證明，光聲成像可以在活體動物的心臟上進(jìn)行，其解剖結(jié)構(gòu)和大小與人類相似?！?/p>

光聲成像技術(shù)利用非電離的激光脈沖短暫照射目標(biāo)，目標(biāo)吸光受熱而快速膨脹，然后冷卻，如此反復(fù)從而產(chǎn)生超聲波信號。

作為一種特別重要的血紅蛋白成像手段，光聲成像技術(shù)可以非常準(zhǔn)確地評估血液的供給量或腫瘤的邊緣，它還可以提供導(dǎo)管尖端在血管或跳動的心臟內(nèi)位置的深度信息，并增強(qiáng)可視化效果，這就是約翰霍普金斯團(tuán)隊(duì)此次研究的重要目標(biāo)。

過去在手術(shù)過程中僅依靠超聲成像輔助導(dǎo)管追蹤，由于聲波雜亂，往往導(dǎo)致生成的圖像質(zhì)量較差，因此光聲成像技術(shù)可能成為一種有價值的替選方案。

研究團(tuán)隊(duì)在發(fā)表的論文中指出：“除了已知的只用超聲引導(dǎo)導(dǎo)管放置帶來的圖像質(zhì)量挑戰(zhàn)外，另一個挑戰(zhàn)是期望實(shí)現(xiàn)手持探頭。我們建議通過機(jī)器人光聲系統(tǒng)來克服這兩個挑戰(zhàn)，該系統(tǒng)可以固定探頭并根據(jù)在導(dǎo)管尖端上發(fā)出的光聲信號，自動將其居中放置?！?/p>

對于這項(xiàng)研究，Bell的研究團(tuán)隊(duì)在導(dǎo)管的空心芯內(nèi)放置一根光纖，光纖的一端連接到激光器可傳輸750 nm的光波，這樣光纖的可視化與導(dǎo)管尖端的可視化保持一致。同時拍攝常規(guī)的超聲圖像，并將其與光聲信號傳遞的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

然后，該團(tuán)隊(duì)使用Rethink Robotics的Sawyer機(jī)器人對已麻醉了的兩頭豬進(jìn)行心臟導(dǎo)管檢查。最初，采用X線透射法映射導(dǎo)管通往心臟的路徑。

Bell的研究團(tuán)隊(duì)成功地使用了機(jī)器人技術(shù)來固定超聲探頭，并保持光聲信號的持續(xù)可視化，每隔幾毫米就接收一次圖像反饋。與傳統(tǒng)的X線透射檢查和電磁成像技術(shù)相比，通過光聲測量的導(dǎo)管尖端位置，1D測量的誤差在0.25 ~ 2.28 mm，3D測量的誤差在1.24 ~ 1.54 mm。

該團(tuán)隊(duì)的論文稱，他們對激光照射區(qū)域的心臟組織，進(jìn)行組織病理學(xué)分析，盡管在纖維尖端每個激光脈沖的能量有2.98 mJ，但并未發(fā)現(xiàn)與激光相關(guān)的組織損傷。

雖然現(xiàn)在需要更多的實(shí)驗(yàn)來確定機(jī)器人光聲成像系統(tǒng)是否可以小型化，并用于導(dǎo)引更復(fù)雜的路徑，以及進(jìn)行臨床試驗(yàn)以確定其安全性，但他們表示，這些發(fā)現(xiàn)是向前邁進(jìn)的一大步。

Bell表示：“我們期望，這項(xiàng)技術(shù)最終將形成完整的系統(tǒng)，它服務(wù)于四個方面的目的：引導(dǎo)心臟病專家走向心臟，確定導(dǎo)管在體內(nèi)的精確位置，確認(rèn)導(dǎo)管尖端與心臟組織的接觸，并最終判斷受損的心臟是否在心臟射頻消融手術(shù)中已得到修復(fù)。”