Nhưng kỹ thuật siêu âm thông thường đòi hỏi phải tiếp xúc với cơ thể của bệnh nhân, và do đó, có thể bị hạn chế trong một số tình huống chẳng hạn như siêu âm cho trẻ sơ sinh, nạn nhân bỏng hoặc những bệnh nhân khác có làn da nhạy cảm. Hơn nữa, tiếp xúc đầu dò siêu âm gây ra sự thay đổi hình ảnh đáng kể, đó là một thách thức lớn trong hình ảnh siêu âm hiện đại. Nhưng giờ đây các nhà khoa học đã tìm ra được giải pháp thay thế cho kỹ thuật siêu âm truyền thống đó chính là sử sụng tia laser.
Đối với hầu hết mọi người, siêu âm là một thủ tục tương đối dễ dàng: Khi kỹ thuật viên nhẹ nhàng ấn đầu dò vào da bệnh nhân, sóng âm thanh được tạo ra bởi đầu dò truyền qua da, bật ra khỏi cơ, mỡ và các mô mềm khác trước khi phản xạ lại đầu dò, phát hiện và chuyển các sóng thành hình ảnh của những gì nằm bên dưới. Nhưng giờ đây, các kỹ sư của MIT đã đưa ra một giải pháp thay thế cho siêu âm thông thường mà không cần tiếp xúc với cơ thể vẫn có thể nhìn thấy bên trong bệnh nhân. Kỹ thuật siêu âm laser mới tận dụng hệ thống laser an toàn cho mắt và da con người.
Từ quang điện tử
Các nhà nghiên cứu đã tiến hành quét cánh tay của một số tình nguyện viên và quan sát các đặc điểm mô phổ biến như cơ, mỡ và xương, xuống dưới khoảng 6cm dưới da. Những hình ảnh này có thể so sánh với siêu âm thông thường, được tạo ra bằng cách sử dụng tia laser từ xa cách nửa mét.
Nhà khoa học Brian W. Anthony thuộc Viện Khoa học và Kỹ thuật Y tế (IMES), tác giả cao cấp của nghiên cứu cho biết: “Nghiên cứu của chúng tôi mang đến cho bạn một cách hoàn toàn mới để nhìn thấy các cơ quan bên trong cơ thể và xác định các đặc tính của mô sâu, mà không cần tiếp xúc với bệnh nhân”.
Trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu đã khám phá các phương pháp dựa trên laser trong một lĩnh vực được gọi là quang điện tử. Thay vì gửi trực tiếp sóng âm thanh vào cơ thể, ý tưởng là gửi ánh sáng, dưới dạng tia laser được điều chỉnh ở bước sóng cụ thể, xuyên qua da và được các mạch máu hấp thụ. Các mạch máu nhanh chóng giãn nở và được làm nóng ngay lập tức bởi một xung laser sau đó được cơ thể làm mát nhanh chóng trở lại kích thước ban. Các rung động cơ học tạo ra các sóng âm truyền ngược trở lại, nơi chúng có thể được phát hiện bởi các bộ chuyển đổi được đặt trên da và được chuyển thành một hình ảnh quang học.
Siêu âm bằng laser không cần tiếp xúc với cơ thể vẫn có thể nhìn thấy bên trong bệnh nhân.
Đến chuyển đổi ánh sáng của tia laser thành sóng âm ở bề mặt da
Mặc dù quang điện tử sử dụng tia laser để thăm dò các cấu trúc bên trong từ xa, kỹ thuật này vẫn yêu cầu máy dò tiếp xúc trực tiếp với cơ thể để thu sóng âm. Hơn nữa, ánh sáng chỉ có thể đi một quãng ngắn vào da trước khi mờ dần. Do đó, các nhà nghiên cứu đã sử dụng quang điện ảnh để thể hiện hình ảnh các mạch máu ngay bên dưới da, nhưng không sâu hơn nhiều.
Sóng âm truyền vào cơ thể nhiều hơn ánh sáng. Anthony và các đồng nghiệp của ông đã tìm cách chuyển đổi ánh sáng của tia laser thành sóng âm ở bề mặt da, để có thể nhìn được hình ảnh sâu hơn trong cơ thể.
Dựa trên nghiên cứu đó, nhóm nghiên cứu đã chọn ra các tia laser 1.550 nanomet, bước sóng được hấp thụ cao bởi nước (và an toàn cho mắt và da với biên độ an toàn lớn). Vì da chủ yếu là nước, nhóm nghiên cứu lý giải rằng nó hấp thụ ánh sáng này một cách hiệu quả, làm nóng và mở rộng để đáp ứng. Khi nó dao động trở lại trạng thái bình thường, da sẽ tạo ra sóng âm truyền qua cơ thể.
Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm ý tưởng này bằng một thiết lập laser, sử dụng một xung laser đặt ở 1.550 nanomet để tạo ra sóng âm thanh và laser thứ 2, được điều chỉnh theo cùng bước sóng, để phát hiện sóng âm phản xạ từ xa. Tia laser thứ 2 này là một máy dò chuyển động nhạy cảm, đo các rung động trên bề mặt da do sóng âm dội ra từ cơ, mỡ và các mô khác. Chuyển động bề mặt da, được tạo ra bởi các sóng âm thanh phản xạ, gây ra sự thay đổi tần số của tia laser, có thể đo được. Bằng cách quét cơ học các tia laser trên cơ thể, các nhà khoa học có thể thu thập dữ liệu tại các vị trí khác nhau và tạo ra hình ảnh của khu vực.
Đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã sử dụng thiết lập mới để ghi lại các vật thể kim loại được nhúng trong khuôn gelatin gần giống với hàm lượng nước của da. Họ đã chụp hình gelatin tương tự bằng cách sử dụng đầu dò siêu âm thương mại và thấy cả 2 hình ảnh đều giống nhau một cách đáng khích lệ. Họ chuyển sang mô hình động vật bị cắt bỏ - trong trường hợp này là da lợn - nơi họ tìm thấy siêu âm laser có thể phân biệt các đặc điểm tinh tế hơn, như ranh giới giữa cơ, mỡ và xương.
Cuối cùng, nhóm nghiên cứu đã thực hiện các thí nghiệm siêu âm laser đầu tiên ở người, sử dụng giao thức được Ủy ban MIT phê chuẩn về việc sử dụng con người làm đối tượng thử nghiệm. Sau khi quét cánh tay của một số tình nguyện viên khỏe mạnh, các nhà nghiên cứu đã tạo ra những hình ảnh siêu âm laser hoàn toàn không tiếp xúc với con người lần đầu tiên. Các ranh giới chất béo, cơ và mô có thể nhìn thấy rõ và có thể so sánh với hình ảnh được tạo ra bằng các đầu dò siêu âm.