Ultralyd imaging nål til at transformere hjertekirurgi

Hjertevæv kan afbildes i realtid under nøglehulsprocedurer ved hjælp af en ny optisk ultralydsnål udviklet af forskere ved UCL og Queen Mary University of London (QMUL).

Den revolutionerende teknologi er med succes blevet brugt til minimalt invasiv hjertekirurgi hos svin, giver en hidtil uset, høj opløsning af blødt væv op til 2,5 cm foran instrumentet, inde i kroppen.

Læger er i øjeblikket afhængige af eksterne ultralydssonder kombineret med præoperativ billeddannelse for at visualisere blødt væv og organer under nøglehulsprocedurer, da de anvendte miniaturekirurgiske instrumenter ikke understøtter intern ultralydsbillede.

Til undersøgelsen, udgivet i dag i Lys:Videnskab og applikationer , teamet af kirurger, ingeniører, fysikere og materialekemikere designet og byggede den optiske ultralydsteknologi til at passe ind i eksisterende medicinsk udstyr til engangsbrug, såsom en nål.

"Den optiske ultralydsnål er perfekt til procedurer, hvor der er et lille vævsmål, der er svært at se under nøglehulskirurgi ved hjælp af nuværende metoder og mangler det, kan have katastrofale konsekvenser, sagde Dr Malcolm Finlay, studere co-lead og konsulentkardiolog ved QMUL og Barts Heart Center.

"Vi har nu billeddannelse i realtid, der giver os mulighed for at skelne mellem væv i en bemærkelsesværdig dybde, hjælper med at guide de højeste risikomomenter ved disse procedurer. Dette vil reducere chancerne for komplikationer under rutinemæssige, men dygtige procedurer, såsom ablationsprocedurer i hjertet. Teknologien er designet til at være fuldstændig kompatibel med MR og andre aktuelle metoder, så det kan også bruges under hjerne- eller fosterkirurgi, eller med vejledende epidurale nåle. "

Teamet udviklede den helt optiske ultralydsteknologi til brug i kliniske omgivelser over fire år. De sørgede for, at det var følsomt nok til at se billeder af centimeters dybde af væv, når de bevægede sig; det passede ind i den eksisterende kliniske arbejdsgang og virkede inde i kroppen.

"Dette er den første demonstration af altoptisk ultralydsbilleddannelse i et klinisk realistisk miljø. Brug af billige optiske fibre, vi har været i stand til at opnå billedbehandling i høj opløsning ved hjælp af nålespidser under 1 mm. Vi håber nu at kunne gentage denne succes på tværs af en række andre kliniske anvendelser, hvor der bruges minimalt invasive kirurgiske teknikker, "forklarede studieleder, Dr Adrien Desjardins (Wellcome EPSRC Center for Interventional and Surgical Sciences ved UCL).

Teknologien anvender en optisk miniaturefiber indesluttet i en tilpasset klinisk nål til at levere en kort lyspuls, der genererer ultralydspulser. Refleksioner af disse ultralydspulser fra væv detekteres af en sensor på en anden optisk fiber, giver ultralydsbillede i realtid til at guide kirurgi.

En af de vigtigste innovationer var udviklingen af ​​et sort fleksibelt materiale, der inkluderede et net af kulstofnanorør indesluttet i silikone af klinisk kvalitet, der præcist påføres en optisk fiber. Carbon nanorørene absorberer pulserende laserlys, og denne absorption fører til en ultralydsbølge via den fotoakustiske effekt.

En anden innovation var udviklingen af ​​meget følsomme optiske fibersensorer baseret på polymer optiske mikroresonatorer til påvisning af ultralydsbølger. Dette arbejde blev udført i et beslægtet UCL -studie ledet af Dr James Guggenheim (UCL Medical Physics &Biomedical Engineering) og for nylig offentliggjort i Natur fotonik .

"Hele processen sker ekstremt hurtigt, giver et hidtil uset realtidsbillede af blødt væv. Det giver læger et levende billede med en opløsning på 64 mikron, hvilket svarer til kun ni røde blodlegemer, og dens fantastiske følsomhed giver os mulighed for let at differentiere blødt væv, "sagde studieforfatter, Dr. Richard Colchester (UCL Medical Physics &Biomedical Engineering).