東北大學與愛德萬，實現皮下毛細血管的非侵襲可視化

日本東北大學與愛德萬測試公司研發部合作，成功開發出了可以同時拍攝雙波長光學超聲波圖像和普通純超聲波圖像，適用於皮膚的

「體內（invivo）成像技術」

光學超聲波成像即光聲成像，是向生物組織照射光，並測量選擇性地吸收光能的血液等產生的超聲波信號，從而對體內組織進行成像的方法，作為適合測量皮膚內毛細血管的新型非侵襲成像法備受關注，因為利用傳統技術很難測量皮膚內的毛細血管。

不過，僅使用光聲成像法，即使能對皮膚內直徑數十μm以下的毛細血管進行成像，但也無法確認獲得的血管圖像位於皮膚內各層的哪個區域。另外，雖然可以利用多個波長的光源來測量血管的氧飽和度，但身體的動作會影響測量結果，因此這種方法僅限於動物實驗等研究用途。

此次開發的皮膚內成像技術採用聚集超聲波進行檢測的超聲波感測器，用同一個感測器測量光學超聲波和超聲波，通過檢測交替照射兩種波長產生的超聲波，可對皮膚內淺處的毛細血管網和血氧飽和度進行成像（圖1）。只需約4分鐘即可獲得6mm見方範圍深度2mm的圖像數據。另外，還可利用獲得的數據繪製血氧飽和度的圖像，以及重疊光聲圖像和純超聲圖像。

圖1：前臂皮膚的測量示例 ，血管顏色越藍，血氧飽和度越低，顏色越紅，血氧飽和度越高。

東北大學與愛德萬測試公司成功削減了超聲波感測器的尺寸，開發出了可同時測量雙波長光聲圖像和純超聲圖像的光學超聲波3D成像技術，能對面部皮膚的血管和黑色素進行非侵襲成像，開拓了在美容領域的應用道路。

作為高解析度光聲成像方式，此次採用了通過集束型超聲波感測器進行掃描的方式。採用這種感測器可以將血管等產生的超聲波聚集到超聲波感測器表面，獲得光學超聲波圖像（圖2（左）），接收由該感測器聚集超聲波發射然後被反射回來的超聲波，便可獲得超聲波圖像（圖2（右））。另外還使照射激光的光學系統和超聲波感測器一體化，從而削減了尺寸，超聲波感測器可以靠近複雜形狀的面部皮膚。

圖2：採用集束型超聲波感測器的光聲成像（左）及超聲波成像（右）的原理圖

該掃描方式如果按照波長進行掃描，身體的動作和變化會影響測量結果，因此需要在一個測量場所進行雙波長的光聲成像和純超聲成像後再利用感測器掃描。為減少時間損失，必須在系統中同步雙波長光源、超聲波收發和感測器掃描。在該系統（圖3）中，研發小組開發了專用的波長光源、超聲波感測器和XY位移台，通過用專用電路板進行控制，縮短了測量時間，以15μm進程對深度2mm、6mm見方的範圍進行掃描，大約4分鐘完成了測量。

圖3：新開發系統的結構示意圖

雙波長光源能交替照射532nm和556nm的脈衝光，可根據獲得的光學超聲波信號的差來計算血氧飽和度。另外，通過將純超聲圖像與光聲圖像重疊，還能調查皮膚表面的血管深度信息、與毛孔及皮脂腺等的關係。

針對身體（眼睛或者皮膚）部位的最大允許曝光量（Maximum Permissible Exposure）簡稱為MPE，此次的系統滿足了皮膚的MPE，可進行面部皮膚等的體內成像。這樣就可以將以前無法獲得的皮膚血管的血氧飽和度信息與光學超聲波圖像一起成像，有望作為皮膚相關的新研發工具和診斷裝置使用。

文 JST客觀日本編輯部

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