年终盘点 | 2024年光声成像Top10大事件:国内首台,深层成像,Seno,LED光声,便携化,介入光声,多模光声,开源平台

文摘   2024-12-27 19:03   日本  

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超哥有话说:

临近年关,该是总结这一年的时候了,超哥会在这几天集中为大家总结这一年超声界发生的大事,文章都来自于“医工超人”。

2024年,光声成像领域无论是科研,技术还是商业方面都取得了显著进展。迈瑞取得了国内第一张光声医疗器械注册证,Seno Medical作为光声成像的商业引领者也取得了一系列进展;技术上,分辨率提升、成像深度增加和实时成像能力方面取得巨大进展,新型纳米颗粒造影剂、激光源优化以及先进算法的引入,使得光声成像在癌症早期检测、血管疾病诊断和脑功能成像等领域的应用更加精准和高效。同时,集成化和便携化设备的发展拓宽了临床和科研场景中的实际应用范围。未来,光声成像将更加注重多模态融合,与超声、MRI等技术的结合,为疾病的全面诊断和个性化治疗提供综合性解决方案。此外,人工智能和大数据的深度参与将进一步提升图像分析效率和精确度,推动光声成像从实验室向临床广泛应用的转化,加速实现精准医学的目标。

1. 迈瑞双模态多光谱光声成像设备Resona Y·盘古获批上市

超哥资讯 | 诊断超声近期大事件:AI辅助,光声成像,MEMS,可穿戴US,术后监测,IVUS新品,市场增长,国产替代,健康筛查


迈瑞推出国内首台融合光声与超声影像的多模态光声成像系统Resona Y·盘古,开创了国内多光谱光声成像技术的新纪元。该设备充分结合光声成像的高分辨率和超声影像的深度穿透能力,能够提供实时的多模态影像,特别适用于血管功能和肿瘤微环境的精准评估。通过生成高精度的血氧分布图,该系统能够帮助医生无创检测肿瘤组织氧供水平和血管新生情况,为癌症的早期筛查、术后疗效监测以及放疗效果评估提供关键的诊断依据。同时,迈瑞的光声技术在乳腺健康领域表现尤为突出,与传统超声结合后,可显著提高良恶性病变的分辨能力,大幅提升诊断准确率。除此之外,该设备还应用于皮肤病评估和微循环监测,为医生提供丰富的组织病变特征信息。迈瑞通过这一创新技术填补了光学影像与超声影像之间的技术空白,确立了其在高端超声影像市场中的技术领导地位,为高端医疗机构提供了功能强大的新型无创诊断工具,在行业内引发了积极的市场反响和技术变革。


2. 光声商业化方向:一种便携式低成本的LED光声技术成像技术

全面解读:小型化光声成像LED-Photoacoustic技术从“实验室到临床”转化与未来展望


LED光声技术(LED-Photoacoustic Imaging)是一种低成本,便携式的医学成像技术,结合了发光二极管(LED)光源与光声成像的优势。它通过使用LED发出的短脉冲光照射生物组织,组织内的内源性色素(如血红蛋白)吸收光能后发生局部温度升高,导致热弹性膨胀并产生超声波。随后,这些声波通过超声探头检测并转化为高分辨率的组织图像。这种技术不仅能够展示组织的结构信息,还能够提供功能和分子层面的数据,如血氧饱和度、血流动力学等。 LED(发光二极管)技术的引入,为光声成像提供了一种低成本、高便携性的新型光源选择。LED具有广泛的波长范围(400-1000纳米),并且其小巧便携的设计使其特别适合于床旁成像和便携式设备应用。



3. 光声创新应用:一种创新的双波长光声断层扫描系统研究

创新应用 | 双波长光声成像PAT:532 nm 和 355 nm 波长的优化牙科成像的光声断层扫描研究


这是一种使用532 nm和355 nm两种激光波长获得的牙齿组织光声图像,以了解不同波长对成像质量和细节的影响。使用脉冲Nd 激光器照射提取的牙齿样本,通过前向检测模式的单个超声波换能器获取光声信号。实验结果表明,532 nm波长的信号具有较长的衰减时间和更高的能量含量,适合深入组织内部的成像;而355 nm波长则因其更高的光吸收效率,提供了更清晰的边缘定义和对比度。两种波长的组合使用可以优化牙齿组织的光声成像,提供全面的结构细节。这项研究展示了使用光声断层扫描技术进行牙齿组织非侵入性成像的潜力,有助于牙科诊断和治疗规划的发展。通过SSC-SAFT算法重建的图像显示了良好的空间分辨率、可区分的形状和极少的伪影,进一步验证了这种技术在牙科应用中的有效性和前景。



4. 介入光声:一种结合微型光声换能器的新型光学血管内超声AO-IVUS

IVUS新方向 | 使用微型光声换能器的超宽带高分辨率新型光学血管内超声AO-IVUS


这是一种全新的基于光学超声心血管成像系统(AO-IVUS),该系统采用微型化的光声换能器和π相移光纤布拉格光栅(π-FBG)传感器,实现了超宽带宽和高分辨率的超声成像。通过使用亚纳秒激光脉冲激励多壁碳纳米管和聚甲基丙烯酸甲酯复合材料,AO-IVUS系统能够提供高达18.6微米的轴向分辨率和124微米的横向分辨率,成像深度达到7毫米。系统的性能在实验室仿生体和动物模型上得到了验证,显示出在细节揭示方面超过传统IVUS技术的潜力。这项技术为心血管疾病的诊断和治疗提供了一个高效、精确的新工具,具有重要的临床应用前景。通过与传统IVUS系统的比较,AO-IVUS在揭示血管内层、中层和外层结构细节方面显示出更高的成像清晰度和分辨率。特别是在成像带有支架的血管时,AO-IVUS能够更清楚地显示支架的结构和与血管壁的接触情况。



5. 研究团队发布临床线性超声阵列的光声(PA)成像开源系统平台

开源平台 | PAUS - 一种用于医工光声研究的实时混合光声超声成像系统平台


PAUS是一种基于临床线性超声阵列的光声(PA)成像系统,结合开放源码软件平台Medical Imaging Interaction Toolkit(MITK),用于跨学科光声研究。该平台旨在通过光声和超声成像结合,实现血氧饱和度(sO2)的精确估计,特别是在存在动脉脉动引起的非刚性帧间运动的情况下。系统硬件包括快速调谐光学参量振荡器(OPO)激光器、数据采集(DAQ)系统和128元线性超声换能器。软件部分采用MITK的模块化架构,实现硬件控制、图像处理和数据展示。通过光谱解混法获取多波长光声图像,并提出基于光流法的运动校正技术。实验在健康志愿者的外周血管和颈动脉上进行,验证了系统在sO2估计和运动校正方面的性能。结果表明,该平台在动脉和静脉血氧估计中表现出较高的准确性,运动校正后估计值更加一致和接近生理值。该研究展示了开放源码光声成像平台在血氧监测中的应用潜力,未来可进一步优化其计算效率,并在更大范围的临床应用中验证其性能。


6. Seno Medical旗舰产品Imagio® Breast Imaging System取得新进展

光声创新公司 | 光声技术领导者Seno Medical:乳腺癌诊断的突破性影像技术公司

Seno Medical是一家致力于创新乳腺癌诊断技术的医疗设备公司。公司通过将传统超声成像与光声技术(Opto-Acoustic Technology)相结合,开发出革命性的成像系统,显著提升乳腺癌的检测精度和诊断效率。其旗舰产品 Imagio® Breast Imaging System,融合了无创和无辐射的特点,为患者和医生提供更安全、精准的诊断工具。Seno Medical的光声成像技术利用光和声波的独特结合,不仅可以生成乳腺解剖结构的高分辨率图像,还能提供血氧饱和度和血流动力学等功能性信息。通过区分肿瘤周围的氧合和去氧血红蛋白分布,该技术能够识别血管生成和缺氧等肿瘤生物标志物,从而帮助医生更准确地区分良性和恶性病变。


7. 解决光声成像深度问题成为可能:超声传感器阵列结合AI图像重建算法

Nature BME | 光声成像PAI:“突破深层成像”走向临床转化的未来之路

结合光学对比度和超声分辨率的先进成像技术,能够克服光在生物组织中的穿透限制,提供高分辨率的深层组织成像。PAI通过光脉冲激发产生超声波信号,捕捉组织的光吸收特性,能够用于早期疾病诊断和治疗监测。PAI已经在皮肤、乳腺、心血管、肌肉骨骼等多个系统中展示了潜在的临床应用,尤其在乳腺癌、皮肤癌、动脉粥样硬化等疾病的诊断中取得了显著进展。尽管PAI在实验室环境中表现出色,但其临床转化仍面临技术性和标准化的挑战。如何提高成像深度和图像质量、优化光源和超声传感器阵列,以及解决图像重建和信号处理问题,仍是关键课题。此外,PAI设备需要实现小型化和便携化,适应临床环境的需求。标准化和临床验证是PAI广泛应用的前提,国际光声成像标准化联盟(IPASC)正在推动数据格式、图像质量和临床试验标准化。随着技术进步和监管审批的推进,PAI有望成为临床常规成像工具,助力精准医疗的实现。


8. 光声诊疗一体化进展:光学聚焦超声(OFUS)非侵入性神经调控方法

新型光声聚焦超声Optically-Generated Focused Ultrasound:脑部治疗与神经调控的未来

一种新型的非侵入性神经调控方法——光学产生的聚焦超声(OFUS),其通过一种嵌入蜡烛烟灰纳米颗粒的柔性光声垫(SOAP)来生成超声波,实现了超高精度的脑刺激。相比传统的经颅聚焦超声(tFUS),OFUS的空间分辨率达到83微米,比tFUS高出两个数量级,同时所需能量也显著降低。实验在体外培养的神经元和活体小鼠中进行,结果显示OFUS可以有效激活神经元,并通过经颅刺激小鼠运动皮层,产生肌肉反应。该技术具有高效、安全的特点,且不会对组织造成损伤。OFUS的高精度和低能量输入为神经科学研究及临床治疗提供了新的可能,未来有望应用于脑功能研究、帕金森病、阿尔茨海默病等神经系统疾病的治疗。


9. 一种创新双模态光声/超声内窥镜成像系统用于胃肠内窥诊断

新型双模光声/超声成像系统 - 1.8毫米透明超声换能器件实现高清胃肠内窥影像


一种新型的双模态光声/超声内窥镜成像系统(ePAUS-TUT),该系统结合了超声成像(USI)和光声成像(PAI)技术,提供高分辨率的组织结构和功能信息。为克服现有ePAUS系统在超声成像质量和成像深度上的不足,研究团队开发了一种透明的超声换能器(TUT),使得光学束和声学束能够精确同轴对准,保证了两种成像模式的高性能。ePAUS-TUT探头的直径仅为1.8毫米,适用于标准内窥镜通道,并能够提供商业级别的超声图像质量和高性能的光声成像,工作距离可达12毫米。通过对大鼠直肠和猪食管的体内成像验证,系统成功地实现了胃肠道结构的高分辨率成像,能够清晰区分组织层次,并可视化血管网络。该系统的优势在于其小型化设计、长工作距离和无缝的光声与超声成像能力,展示了在胃肠疾病、肿瘤诊断等领域的广泛应用潜力。未来的研究可能包括进一步提高透明度、光声成像深度,以及将该技术扩展到肺病学、心脏病学等领域。


10. 光声系统向便携化小型化发展:技术迭代引领临床应用新突破

新一代便携式高分辨率光声成像:从PAI-05到LUB0的技术迭代

光声成像(PAI)通过结合光学与声学技术,为淋巴管及微小血管成像提供了高分辨率的解决方案。2024年推出的LUB0设备,相较于2020年的PAI-05,不仅体积缩小至原来的七分之一,还显著提升了图像清晰度和成像效率。在一项比较研究中,LUB0的图像评分(3.9±0.9)明显高于PAI-05(3.0±1.2),成像时间也从10分钟缩短至5分钟。其优化的声速调节和紧凑的模块化设计,使其能够更高效地捕捉淋巴管细节,尤其在淋巴水肿患者的回流成像中表现出色。尽管目前成像范围仍有限,但通过多次成像和图像拼接,LUB0展现出成为临床诊断与术前规划重要工具的潜力。LUB0设备的引入标志着光声成像技术的新突破。通过体积缩小、成像时间缩短以及清晰度提升,LUB0为淋巴管及静脉成像树立了新标杆。未来的研究可进一步探索其在术中成像及高分辨率解剖研究中的应用。这一设备的突破不仅降低了患者负担,还为未来高分辨率解剖研究和临床应用开辟了新路径。


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