レーザベース医療イメージングの簡素化

May, 7, 2020, Pasadena--レーザ光と超音波を利用して生体を構成する物質を調べる技術は､医療に多くのアプリケーションがある｡臓器から血管､腫瘍まで､あらゆるものを見せることができるからである｡

CaltechのLihong Wangは､その分野のパイオニアで､様々な光音響イメージングを開発した｡リアルタイムで動く臓器を示し､内臓の3D画像を展開し､ガン細胞と健全な細胞の区別さえできる｡

医療工学･電気工学Bren教授､Wangは､PATER (Photoacoustic Topography Through an Ergodic Relay)により､光音響イメージング技術をさらに先へ進めた｡PATERは､この種のイメージングに必要な装置を簡素化することを目的にしている｡

光音響イメージングは､レーザ光パルスを調べる組織に送り込むことで機能する｡光が組織の分子に当たると､分子が振動して超音波が生じ､組織内を進んで最終的に、組織表面に押さえつけられたトランスデューサという一種のセンサで捉えられる｡トランスデューサからの信号はコンピュータで処理されて､組織の内部構造の画像が生成される｡

このシステムが鮮明な画像を生成するには､多数のセンサが必要になる｡その技術の1回繰り返しで､一度に組織に押しつける必要のあるセンサは512となる｡

｢表面の全点がトランスデューサアレイでカバーされなければならない､それは構築にコストがかかる｡われわれはシステムの低コスト化､ウエアラブルについて考えている｡アレイをウエアラブルにできるほどコンパクトにするのは困難｣とWangは言う｡

少ないセンサを利用して安価でコンパクトなシステムを作ると､画像生成のためのデータが十分に得られない｡研究チームは､回避方法､いわゆるアーゴディックリレイ(ergodic relay)を見いだした｡

コンピューティングでは､データ転送に主に2つの方法がある｡シリアルとパラレルだ｡シリアル伝送では､データは通信チャネルでシングルストリームで送られる｡パラレル転送では､複数のデータピースが多数の通信チャネルを利用して同時に送られる｡

512のセンサで研究チームが設計したシステムは､多数のキャッシュレジスタを利用するのと同じである｡全てのセンサが同時に機能しており､レーザパルスが生成する超音波振動のデータの一部を個々のセンサが取得している｡

システムの超音波振動は短いバーストで入ってくるので､1個のセンサが､その短い時間に全てのデータを収集しようとすると､圧倒されてしまう｡アーゴディックリレイを利用する理由がここにある｡

アーゴディックリレイは､音が共鳴する一種のチャンバ(箱)｡超音波振動がそのアーゴディックリレイを通過すると､振動は時間内に広がる｡

Wangによると､PATERシステムのこの第1バージョンは､2D画像を生成することはできるが､他の光音響システムのように3D画像は､まだ生成できない｡そのシステムが成熟すると､単に組織や身体構造のイメージングの他に他の医療目的にも役立つ｡

｢グルコースが吸収する光波長を使えば､それを糖尿病患者の血糖値のセンシングにも使える｡脂質パネルにも、恐らく使える｡これらの分子にシステムを調整すれば､あらゆる種類の化学物質をセンシングできる｣と同氏はコメントしている｡
(詳細は、https://www.caltech.edu/)