Ljus och ljud kombineras för att ge bättre bilder av kroppens inre

Med ultraljud kan kroppens inre undersökas, och med fotoakustik har pulsat laserljus börjat användas för liknande ändamål. Nu vill forskare vid Luleå tekniska universitet kombinera båda till en helt ny teknik som kan ge högupplösta bilder av kroppens inre inom sjukvården.

– I korthet ska vi använda ljus och ljud i kombination för att få bättre bilder av vävnad än vad man kan få med traditionell ultraljudsteknik. Genom kombinationen kan vi ta tillvara det bästa av två världar; hög kontrast, bra upplösning och stort inträngningsdjup, säger Torbjörn Löfqvist, biträdande professor i elektroniksystem.

I ett laboratorium på universitetsområdet i Luleå har den första omgången av experiment nyligen avslutats. Nu arbetar doktoranden Manne Segerlund med att från grundläggande ekvationer för utbredning av ljus och ljud utveckla algoritmer som omvandlar mätdata till en bild av vävnaden. Det han gör nu är grundforskning som även kan ha tillämpningar inom andra forskningsfält.

– Mätningarna ger oss en massa data, ur den vill vi utvinna information. Genom listiga algoritmer vill vi räkna ut hur vävnaden ser ut inuti genom att mäta utanpå huden. Den modell som gör jobbet kallas inversionsalgoritm. Det jag gör nu är en härlig blandning av fysik, matematik, statistik och numerik, säger Manne Segerlund.

Kan ge nya möjligheter inom sjukvården

Inom sjukvården är ultraljud en välkänd teknik. Ljud skickas in i kroppen, det absorberas och sprids av olika vävnadstyper, en viss del studsar tillbaka och genom att registrera när och hur ljudet ser ut när det återvänder genereras en bild. Men upplösning och kontrast är låg. Samtidigt finns en ny teknik, fotoakustik. Med hjälp av pulsat laserljus värms och kyls vävnaden mycket hastigt. Den lilla men snabba utvidgning som värmen ger skapar ljudvågor som kan detekteras med en känslig sensor, på samma sätt som för ultraljud. Vad forskarna nu vill göra är att kombinera båda i en och samma sensor. För den som arbetar på ett sjukhus skulle det nya instrumentet se ut ungefär som befintlig ultraljudsutrustning men ge nya möjligheter till detaljerade undersökningar.

Bilden som genereras genom algoritmerna ges av kombinationen av ultraljudet och laserljuset. En utmaning är kombinationsproblemet. Vilka data kommer från vilken av de olika metoderna?

– Vi vill kunna visa att våra algoritmer inte blandar ihop informationen från ultraljudet och laserljuset. Det är lättare sagt än gjort. Om vi hittar en lösning kan det användas även inom andra områden, till exempel geologi. Att se vad som finns under jordytan är i princip samma problem som att se vad som finns under huden, säger Manne Segerlund.

Underlag till användbar teknik

Projektet är ännu i sin början. Forskarna planerar att göra undersökningar på vävnadsliknande modeller längre fram och det kan bli kliniska samarbeten i ett senare skede.

– Vi ger oss ut i okänd terräng, vi har en kompass men ingen karta. Vissa problem som dyker upp har vi inte kunnat förutse och olika steg kan bli större eller djupare än vi anat, det är grundforskningens elegans och tjusning, och grunden behövs innan man kan till tillämpa kunskaperna på ett klokt sätt. Börjar man med ett till synes enkelt problem så hittar man ett kunskapsmässigt djup. Jag är övertygad om att den teknik vi utvecklar kommer att användas kliniskt i framtiden. Vår förhoppning är att vi når så långt att vi har ett underlag till en komplett och användbar teknik. Vi kommer inte att bygga utrustningen själva, men vi kommer att kunna visa hur, säger Torbjörn Löfqvist.

• Projektet är en del av framtidsområdet PRECISE – innovativ precisionshälsa.
  
• Läs mer om projektet.