«Ультразвуково-фотоакустическая двухмодальная система визуализации» сочетает в себе контрастность молекулярной визуализации с ультразвуковой визуализацией и может визуализировать молекулярную и структурную информацию внутри тела в режиме реального времени без какого-либо ионизирующего излучения. Это преимущество дает возможность улучшить медицинскую диагностику, предоставляя разнообразную физиологическую и гистологическую информацию, обеспечивая большую точность и безопасность для пациентов.
Однако интеграция оптического и ультразвукового путей всегда снижает производительность системы в обычных ультразвуковых преобразователях. Поэтому новый преобразователь, который может обеспечить простую и плавную интеграцию, имеет решающее значение для практического применения.
Профессор Чулхонг Ким (Chulhong Kim) из Школы конвергентных наук и технологий (School of Convergence Science and Technology), доктор Сонхи Чо (Seonghee Cho) с факультета электротехники и Минсу Ким (Minsu Kim) из Университета науки и технологий Пхохана (Pohang University of Science and Technology, POSTECH) решили проблемы, присущие традиционным ультразвуковым фотоакустическим системам, разработав новый прозрачный ультразвуковой преобразователь (ПУП), демонстрирующий высокие характеристики.
Результаты их исследования были опубликованы в научном журнале Nature Communications.
Ультразвуковой датчик передает или принимает ультразвук. Обычные ультразвуковые преобразователи обычно изготавливаются с использованием нескольких непрозрачных слоев для максимизации акустических характеристик, и их невозможно легко интегрировать в световые пути. Это фундаментальное ограничение всегда снижает производительность как оптических, так и ультразвуковых систем.
Хотя во многих недавних исследовательских проектах активно изучается использование прозрачных материалов в ПУП для решения этой проблемы, достижение прозрачности и наилучших акустических характеристик во всех слоях преобразователя по-прежнему остается проблемой.
Это исследование демонстрирует прозрачный материал с использованием композита диоксида кремния (SiO2)-эпоксидной смолы и применяет его в новом ПУП. Новый ПУП демонстрирует исключительную оптическую прозрачность (>80%) и поддерживает ту же полосу пропускания (±30% на центральной частоте), что и традиционные непрозрачные ультразвуковые преобразователи.
Использование нового ПУП в ультразвуково-фотоакустической двухмодальной системе привело к достижению отношения глубины к разрешению, превышающего 500 для ультразвуковой визуализации и 370 для фотоакустической визуализации. Эти соотношения в три-шесть раз выше, чем у традиционных фотоакустических одиночных систем. Примечательно, что это исследование нарушает общепринятый предел отношения глубины к разрешению в 200 в фотоакустических исследованиях, достигая 370.
Эта система визуализации также легко позволяет выполнять сложную структурную и функциональную визуализацию живых животных и людей.
Профессор Ким выразил свой оптимизм, заявив: «Применение этой технологии распространяется на различные медицинские устройства, охватывая такие задачи, как использование световой стимуляции для манипуляций с клетками, использование лазерной хирургии для удаления опухоли и использование ультразвука для исследования остаточной ткани. Наше стремление заключается в том, что данное исследование будет полезно в различных областях, в том числе в тех, где используются ультразвуковые и оптические датчики, такие как мобильные устройства и робототехника».
Литература:
Seonghee Cho et al, An ultrasensitive and broadband transparent ultrasound transducer for ultrasound and photoacoustic imaging in-vivo, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-45273-4