Ett fyrdubbligt optiskt och ultraljudsavbildningssystem har utvecklats som möjliggör diagnos av ögonsjukdomar eller tumörer eller att se miljön inuti kroppen med en transparent ultraljudsgivare.

Professor Chulhong Kim vid POSTECHs avdelning för elektroteknik, Konvergens IT -teknik, och maskinteknik, Dr Byullee Park vid Institutionen för konvergens IT -teknik, Ph.D. kandidat Jeongwoo Park of School of Interdisciplinary Bioscience and Bioengineering, Professor Hyung Ham Kim vid Institutionen för konvergens IT -teknik, och professor Unyong Jeong vid institutionen för materialvetenskap och teknik, i gemensam forskning med professor Hong Kyun Kim vid Kyungpook National University School of Medicine har tillsammans utvecklat en transparent ultraljudsgivare1 och har använt den för att producera världens första fyrdubbla fusionsavbildningssystem som integrerar ultraljudsbildning, fotoakustisk avbildning, optisk koherens tomografi, och fluorescensavbildning. Dessa forskningsresultat publicerades i Förfaranden från National Academy of Sciences ( PNAS ) den 8 mars, 2021.

Det finns ett växande intresse för multimodala avbildningssystem som får olika bilder och information genom att kombinera ultraljud och optiska bildanordningar. Bland dem, en ultraljudsgivare är en enhet som producerar bilder genom att generera ultraljud och fungerar som en bildsensor vid ultraljudsundersökningar. Men det var inte optiskt transparent och svårt att låta lasrar passera effektivt, och hade därför begränsningar att kombineras koaxiellt med en optisk avbildningsanordning.

För att lösa detta problem, forskargruppen utvecklade en mycket känslig transparent ultraljudsgivare som lasern effektivt kan passera igenom. Denna nyutvecklade enhet får fyrdubbla fusionsbilder av ultraljud, fotoakustisk, optisk koherens, och fluorescens i ett avbildningssystem för första gången.

Med hjälp av fyrdubbla fusionssystem i kombination med en transparent ultraljudsgivare integrerad i ett oftalmiskt bildsystem, forskarna kunde observera hornhinnans neovaskularisering, strukturella förändringar, grå starr, inflammation, och andra epidemiologiska förändringar i råttögat.

Dessutom, när den används som en tumöravbildningsenhet, forskarna kunde multiparametriskt visualisera syremättnaden i omgivande blodkärl och vävnader i en melanom-drabbad mus utan att använda ett kontrastmedel. Med molekylär avbildning, bröstcancerdiagnos är nu möjlig, vilket demonstreras genom att skaffa och observera olika bilder av en mus med bröstcancer genom att injicera ett kontrastmedel som är ofarligt för människokroppen.

Dessa forskningsresultat förväntas vara allmänt tillämpbara för olika branscher där ultraljud och optiska sensorer används, såsom sjukvård och medicinska områden, mobil, bilar, robotik, icke-förstörande provning, samt oftalmologiska sjukdomar och tumördiagnostik.