将光声成像与机器人视觉伺服相结合，以实现在手术过程中

约翰霍普金斯大学（Johns Hopkins）的研究人员已成功在猪身上试验证明光声成像可用于辅助外科手术。

据麦姆斯咨询报道，约翰霍普金斯大学（Johns Hopkins University）开展了一项研究：将光声成像与机器人视觉伺服相结合，以实现在手术过程中，心脏导管的可视化和手术引导。该研究成果为光声成像技术应用于更多医疗过程迈出了重要一步。

这项研究成果发表在近期的国际期刊IEEE Transactions on Medical Imaging上，虽然内容是在猪身上进行的心脏手术，但是研究结果可适用于任何使用导管的手术，可能包括体外受精，或使用da Vinci机器人系统的手术，在这些手术中，临床医生需要更清晰地察看大血管。

约翰霍普金斯大学光声与超声系统工程（PULSE）实验室的Muyinatu Bell说：“这是第一次有人证明，光声成像可以在活体动物的心脏上进行，其解剖结构和大小与人类相似。”

光声成像技术利用非电离的激光脉冲短暂照射目标，目标吸光受热而快速膨胀，然后冷却，如此反复从而产生超声波信号。

作为一种特别重要的血红蛋白成像手段，光声成像技术可以非常准确地评估血液的供给量或肿瘤的边缘，它还可以提供导管尖端在血管或跳动的心脏内位置的深度信息，并增强可视化效果，这就是约翰霍普金斯团队此次研究的重要目标。

过去在手术过程中仅依靠超声成像辅助导管追踪，由于声波杂乱，往往导致生成的图像质量较差，因此光声成像技术可能成为一种有价值的替选方案。

研究团队在发表的论文中指出：“除了已知的只用超声引导导管放置带来的图像质量挑战外，另一个挑战是期望实现手持探头。我们建议通过机器人光声系统来克服这两个挑战，该系统可以固定探头并根据在导管尖端上发出的光声信号，自动将其居中放置。”

对于这项研究，Bell的研究团队在导管的空心芯内放置一根光纤，光纤的一端连接到激光器可传输750 nm的光波，这样光纤的可视化与导管尖端的可视化保持一致。同时拍摄常规的超声图像，并将其与光声信号传递的位置数据进行比较。

然后，该团队使用Rethink Robotics的Sawyer机器人对已麻醉了的两头猪进行心脏导管检查。最初，采用X线透射法映射导管通往心脏的路径。

Bell的研究团队成功地使用了机器人技术来固定超声探头，并保持光声信号的持续可视化，每隔几毫米就接收一次图像反馈。与传统的X线透射检查和电磁成像技术相比，通过光声测量的导管尖端位置，1D测量的误差在0.25 ~ 2.28 mm，3D测量的误差在1.24 ~ 1.54 mm。

该团队的论文称，他们对激光照射区域的心脏组织，进行组织病理学分析，尽管在纤维尖端每个激光脉冲的能量有2.98 mJ，但并未发现与激光相关的组织损伤。

虽然现在需要更多的实验来确定机器人光声成像系统是否可以小型化，并用于导引更复杂的路径，以及进行临床试验以确定其安全性，但他们表示，这些发现是向前迈进的一大步。

Bell表示：“我们期望，这项技术最终将形成完整的系统，它服务于四个方面的目的：引导心脏病专家走向心脏，确定导管在体内的精确位置，确认导管尖端与心脏组织的接触，并最终判断受损的心脏是否在心脏射频消融手术中已得到修复。”