3D ハイブリッド イメージング システムは MRI、CT、超音波の限界に対処できる可能性がある

南カリフォルニア大学ケック医科大学とカリフォルニア工科大学（カリフォルニア工科大学）の研究者らは、概念実証研究で、革新的な非侵襲技術を使用して、頭から足まで人体の 3D 画像を迅速に収集できることを示しました。

この技術は、超音波と、光によって生成された音波を検出する光音響イメージングを組み合わせて、組織と血管の両方の画像を同時に収集します。調査結果は雑誌に掲載されました 自然生物医工学、医用画像における現在のギャップに対処する可能性があります。

画像処理は現代医学の重要な部分であり、傷害、感染症、がん、慢性疾患などの治療に情報を提供します。しかし、今日の代表的な技術である超音波、X 線、コンピューター断層撮影 (CT)、磁気共鳴画像法 (MRI) にはそれぞれ限界があります。これらには、各スキャンに必要なコストと時間のほか、画像でキャプチャできる内容、つまり一度に体のどのくらいの範囲を見ることができるか、画像がどの程度の深さに到達できるか、および画像がどの程度の詳細を提供できるかが含まれます。

「臨床現場における医用画像の重要性を過小評価することはできません。私たちのチームは、既存の技術の重要な限界を特定し、それに対処するための新しいアプローチを開発しました」と、ケック医科大学の臨床神経外科、泌尿器科、外科学の教授であり、USC神経回復センター所長であり、新しい研究の共同上級著者でもあるチャールズ・リュー医学博士は述べた。

この技術がどれほど広範囲に適用できるかを示すために、研究者らはこのシステムを使用して、人体の複数の領域（脳、胸、手、足）を画像化しました。

脳画像検査は、頭蓋骨の一部を一時的に切除した外傷性脳損傷患者の手術を受けて行われました。結果は、この技術が最大幅 10 センチメートルの領域全体の組織構造と血管の両方を約 10 秒でキャプチャできることを示しています。

「私たちは、超音波と光音響イメージング システムの連携方法を変える新しい方法を考案しました。これにより、意味のある深さではるかに包括的なイメージングを実現できるようになります。これは、電離放射線や強力な磁石を使用しない非侵襲的診断における刺激的な前進です」と、共同上級著者であり、医療工学および電気工学のブレン教授であり、カリフォルニア工科大学のアンドリュー・チャーンとペギー・チャーン医科工学リーダーシップ・チェアーを務めるLihong Wang博士は述べた。

新しいイメージングプラットフォーム

研究チームは人間で初めて、回転超音波断層撮影法（RUST）と光音響断層撮影法（PAT）という2つの画像化手法を組み合わせて、RUS-PATと呼ばれるものを作成した。

標準的な超音波と同様に、RUST は画像化される領域に音波を送ります。ただし、単一の検出器を使用して 2D 画像を作成するのではなく、弧状の検出器を使用して身体組織の 3D ボリューム画像を再作成します。

パット 同じ領域にレーザー光線を照射し、血液中のヘモグロビン分子に吸収されます。これらの分子は振動して超音波周波数を発し、同じ検出器によって測定されて血管の 3D 画像が作成されます。

の RUS-PATシステム 上に構築されます USC-カリフォルニア工科大学チームによる以前の研究これは、PAT が脳活動の画像を収集するためにも使用できることを示しました。

RUS-PAT は、既存の医用画像ツールに比べていくつかの潜在的な利点を提供します。 MRI スキャナーよりも製造コストが低く、X 線や CT スキャンに必要な放射線を回避し、従来の超音波よりも洗練された画像を提供します。

「費用、視野、空間解像度、スキャン時間など、現在の医療画像処理の重大な制限について考えると、このプラットフォームはそれらの多くに対処します」と Liu 氏は述べています。

幅広い臨床的可能性

研究者らは、脳、乳房、手、足を画像化することで、幅広い医療用途における RUS-PAT の可能性を示しました。脳画像診断は脳卒中、外傷性脳損傷、神経疾患の診断と治療において中心的な役割を果たしており、一方で乳房画像診断は世界中で最も一般的ながんの 1 つに対する治療をサポートしています。

「光音響学は人体研究の新たな境地を切り開くものであり、この技術は新たな診断法や患者固有の治療法の開発にとって極めて重要なものになると我々は信じています」と、この研究の共同筆頭著者であり、バーモント大学の教授兼脳神経外科部長であるジョナサン・ラシン医学博士は述べた。

足の迅速かつ低コストの画像化は、糖尿病性足の合併症や静脈疾患を抱えて暮らす何百万人もの人々を助ける可能性もあります。

「このアプローチは、臨床医がリスクのある四肢を特定し、糖尿病性足疾患やその他の血管疾患の機能を維持するための介入を知らせるのに役立つ可能性があることは明らかです」と、共著者で臨床外科学の准教授であり、ケック医科大学四肢救済研究プログラムの責任者でもあるツェ-ウォエイ・タン医学博士は述べた。

RUS-PAT を臨床で使用できるようになるまでには、さらなる作業が必要です。大きな課題の 1 つは、 脳の応用 人間の頭蓋骨がシステムの信号を歪め、脳の鮮明な画像を収集することが困難であるということは依然として残っています。カリフォルニア工科大学のチームは、超音波周波数の調整など、この問題を解決するための新しいアプローチを模索しています。スキャン全体で一貫した画質を確保するには、さらなる改善も必要です。

「これは初期ではあるが重要な概念実証研究であり、RUS-PAT が身体の複数の部分にわたって医学的に意味のある画像を作成できることを示しています。私たちは現在、将来の臨床使用に向けてシステムの改良を続けています」と Liu 氏は述べた。