의학 영상 기술 의 획기적 인 발전 은 암 과 관절염 의 진단 을 변화 시킬 수 있다

이 연구에서는자연 생물 의학 공학,연구팀은 그들의 기술이 의사들에게 실시간으로 광음파 단층 촬영 (PAT) 영상 촬영을 제공하여 혈관의 정확하고 복잡한 이미지를 제공 할 수 있음을 보여줍니다.환자 돌봄에 대한 정보 제공.

Photoacoustic tomography imaging uses laser-generated ultrasound waves to visualise subtle changes (an early marker of disease) in the less-than-millimetre-scale veins and arteries up to 15mm deep in human tissues.

그러나 지금까지 기존의 PAT 기술은 임상 의사들이 사용할 수 있는 고품질의 3D 이미지를 만들기에는 너무 느렸습니다.

PAT 스캔 중에 환자는 완전히 움직이지 않아야 합니다. 즉, 느린 스캔 중에 어떤 움직임도 이미지가 흐려질 수 있고 따라서 임상적으로 유용한 이미지가 보장되지 않습니다.

오래된 PAT 스캐너는 사진을 찍는데 5분 이상 걸렸습니다. 그 시간을 몇 초 또는 그보다 더 줄이면이미지의 품질이 훨씬 향상되고 약하거나 약한 사람들에게 훨씬 더 적합합니다..

연구자들은 새로운 스캐너가 3~5년 이내에 암, 심혈관 질환 및 관절염을 진단하는 데 도움이 될 수 있다고 말합니다.

관련 저자인 폴 비어드 교수 (UCL 의학 물리학 및 생의학 공학 및 웰컴/EPSRC 개입 및 외과 과학 센터) 는 다음과 같이 말했습니다."우리는 최근 몇 년 동안 광음파 영상 촬영으로 많은 발전을 했습니다.하지만 여전히 임상에서의 사용에는 장애가 있었습니다.

"이번 연구 의 획기적 인 점 은 사진 을 촬영 하는 데 걸리는 시간 의 가속화 이다. 이전 스캐너 보다 100배 내지 1,000배 더 빠른 시간 이다.

"이 속도 는 운동 에 의한 흐려짐 을 피 하고, 다른 스캐너 가 제공할 수 없는 품질 의 매우 상세 한 이미지 를 제공 합니다.이미지들은 실시간으로 얻을 수 있습니다., 역동적인 생리적 사건을 시각화 할 수 있습니다.

"이러한 기술 발전은 이 시스템을 처음으로 임상용으로 사용하기에 적합하게 만들고, 우리가 이전에 할 수 없었던 인간 생물학과 질병의 측면을 살펴볼 수 있게 해줍니다.

"지금 이 연구결과 를 확인 하기 위해 더 많은 환자 그룹 을 대상으로 한 더 많은 연구 가 필요 합니다".

베어드 교수는 새로운 스캐너의 주요 잠재적인 사용은 두 손의 20개의 손가락 관절을 모두 스캔해야 하는 염증성 관절염을 평가하는 것이라고 덧붙였습니다.이것은 몇 분 안에 이루어질 수 있습니다. 오래된 PAT 스캐너는 거의 1시간이 걸립니다.그는 노인이나 약한 환자들에게는 너무 길다고 말했습니다.

환자에게 스캐너를 테스트합니다.

연구팀은 스캐너를 10명의 제2형 당뇨병, 류마티스 관절염 또는 유방암 환자와 함께 건강한 7명의 자원봉사자와 함께 사전 임상 시험에서 테스트했습니다.

제2형 당뇨병 환자 3명에서 스캐너는 발의 미세혈관의 세차원적인 영상을 만들어 혈관의 변형과 구조적 변화를 강조했습니다.스캐너는 유방암과 관련된 피부 염증을 시각화하기 위해 사용되었습니다..

앤드류 플럼브 (Andrew Plumb), UCL의 의학 영상학 부교수, UCLH의 상담 방사선학자, 연구의 수석 저자:"당뇨병 환자 들 이 흔히 겪는 합병증 의 하나 는 팔다리 에 혈액 공급 이 낮아지는 것 이다이 부위의 작은 혈관 손상으로 인해 발과 다리 아래쪽과 같은하지만 지금까지 우리는 이 손상을 일으키는 것이 무엇인지 정확히 볼 수 없었고.

"우리 환자 중 한명의 경우, 우리는 왼쪽 발의 부드럽고 균일한 혈관과 오른쪽 발의 같은 영역에서 변형된, 휘어지는 혈관을 볼 수 있었습니다.향후 조직 손상으로 이어질 수 있는 문제들을 나타냅니다.광음파 영상은 조기 진단을 용이하게 하기 위해 훨씬 더 상세한 정보를 제공 할 수 있을 뿐만 아니라 질병의 진행을 더 일반적으로 더 잘 이해할 수 있을 것입니다".

광음파 단층 촬영

2000년 초기 개발 이후,PAT는 오랫동안 생물학적 과정에 대한 이해에 혁명을 일으킬 수 있으며 암과 다른 주요 질병의 임상 평가를 개선 할 수 있다고 발표되었습니다..

이것은 광음파 효과를 이용해서 작동합니다. 물질이 빛을 흡수하고 소리파를 생성할 때 발생합니다.

PAT 스캐너는 생물학적 조직에 매우 짧은 레이저 폭발을 발사하여 작동합니다. 이 에너지의 일부는 표적의 색에 따라 흡수됩니다.가벼운 열과 압력 증가를 유발하여 조직에 대한 정보를 포함하는 약한 초음파를 생성합니다.이 모든 과정은 단 초의 분자에 이루어집니다.

이전 연구에서 UCL의 물리학자들과 엔지니어들이 발견한 것은 초음파는 빛을 이용해서 감지될 수 있다는 것입니다.

2000년대 초반에 그들은 음파가 얇은 플라스틱 필름의 두께에 미세한 변화를 일으키는 시스템을 개척했습니다. 고조율 레이저 빔을 사용하여 측정할 수 있습니다.

그 결과 이전에 볼 수 없었던 조직 구조가 밝혀졌습니다.

PAT 가 질병 검출 에 어떻게 도움 이 될 수 있습니까?

당뇨병의 합병증인 말초혈관질환 (PVD) 과 같은작은 혈관의 변화의 초기 징후는 MRI 스캔과 같은 일반적인 영상 기술을 사용하여 질병을 나타낼 수 없습니다..

하지만 PAT 영상을 통해서는 조직이 손상되기 전에 치료할 수 있고 상처 치유와 절단을 방지할 수 있습니다.PVD 는 미국 과 유럽 에서 2천 5백만 명 이 넘는 사람 들 에게 영향을 미칩니다., 그것은 추가합니다.

마찬가지로 암의 경우, 종양은 종종 다른 영상 기술로 볼 수 없을 정도로 작은 혈관의 밀도가 높습니다.

이 스캐너를 개발한 UCL 의학물리학과 생의학공학부 Nam Huynh 박사는 동료인 Edward Zhang 박사와 함께 다음과 같이 말했습니다."사진음파 영상 촬영은 종양을 발견하고 비교적 쉽게 모니터링 할 수 있습니다.또한 종양의 혈관을 시각화하여 종양 조직과 정상적인 조직을 더 잘 구별하는 암 외과 의사에게 도움이 될 수 있습니다.수술 중에 종양이 모두 제거되고 재발 위험을 최소화하는 데 도움이 됩니다.저는 그것이 유용할 수 있는 많은 방법을 상상할 수 있습니다".

허인 박사 는 이 기술 의 가장 큰 장점 은 헤모글로빈 에 민감 해 있다는 것 이라고 덧붙였습니다. 헤모글로빈 과 같은 빛 을 흡수 하는 분자 들 이 초음파 를 생성 합니다.

스캐너 속도 개선 및 테스트

이 연구에서 UCL 연구원들은 이미지를 획득하는 데 필요한 시간을 줄임으로써 속도 문제를 극복하려고 노력했습니다.그들은 스캐너 디자인과 이미지를 생성하는 데 사용되는 수학에 혁신을 통해 이것을 달성했습니다..

기존의 PAT 스캐너와 달리 초음파는 조직 표면의 10,000개 이상의 다른 지점에서새로운 스캐너는 동시에 여러 지점에서 감지합니다., 이미지 획득 시간을 크게 줄입니다.

연구팀은 또한 디지털 이미지 압축에 사용되는 것과 유사한 수학적 원리를 사용했습니다.이 방법 은 초음파 의 수 천 개 (수만 개 의 것 이 아니라) 의 측정 으로 고품질 의 사진 을 재구성 할 수 있게 하였다이 혁신은 영상 촬영 시간을 몇 초 또는 1초 미만으로 줄였습니다.운동 흐름을 제거하고 조직의 역학적 변화의 이미지를 촬영 할 수 있습니다..

과학자들은 연구 결과를 확인하고 스캐너가 실제로 임상적으로 유용할 수 있는 정도를 확인하기 위해 더 많은 환자를 대상으로 더 많은 연구가 필요하다고 말했습니다.

의료 영상 촬영을 위한 광음파 단층 촬영을 개발하기 위한 첫 번째 단계는 2000년에 이루어졌지만 이 기법의 기원은 1880년으로 거슬러 올라갑니다.전화기를 발명한 지 얼마 되지 않아, 햇빛이 음향으로 변환되는 것을 관찰했습니다.

2019년 UCL 연구팀의 구성원들은 PAT 기술을 기반으로 한 다양한 스캐너를 전 세계적으로 판매하는 UCL 스핀 아웃 회사인 DeepColor Imaging를 설립했습니다.

이 연구는 UK 암 연구, 엔지니어링 및 물리 과학 연구 협의회, 웰컴,유럽연구협의회와 국립건강연구원 (National Institute for Health Research).

스토리 소스:

재료제공런던 대학.참고: 콘텐츠는 스타일과 길이를 위해 편집될 수 있습니다.