西班牙研究人員開發低成本腦成像3D打印全息鏡頭
時間：2019-08-09 13:45 來源：中國3D打印網 作者：中國3D打印網 閱讀：次
中國3D打印網8月9日訊，西班牙瓦倫西亞理工大學的研究人員使用3D打印聲學全息鏡頭，用于聚焦大腦中的超聲波。在運行計算機模擬時，該團隊發現了具有與中樞神經系統結構相匹配的空間分布的聲場。 3D打印鏡頭經過精心設計，可以生成可以有效瞄準大腦區域的這些區域。這些鏡片可以實現更好的腦成像，甚至可以通過超聲波進行藥物輸送。
大腦成像
證明通過頭骨的非侵入性窗口，腦成像處理神經系統的結構，功能和藥理學。它對于診斷腫瘤，代謝疾病和病變至關重要。繪制人腦的主要技術包括腦磁圖，伽馬相機，光片顯微鏡和腦電圖。廣泛用于診斷和軟組織成像，超聲波不常用于腦成像。這是由于無法精確控制聚焦超聲進入中樞神經系統。頭骨的折射和衰減產生強烈的相位畸變，防止超聲波聚焦在腦組織上。試圖解決這個問題的方法是使用相控陣來控制入射超聲以校正穿透顱骨時的像差。然而，這種方法成本高并且分辨率低。穿透頭骨
瓦倫西亞理工大學的3D打印全息聲學鏡片由一塊塑料制成，具有不同的體素尺寸。超聲波基于所使用的體素而不同地衍射。這些衍射波的干涉產生全息圖聚焦到大腦內的3D目標上。
全息圖生成過程。 （a）CT + MRI斷層圖像。 （b）選擇作為虛擬聲源和全息記錄表面（藍色區域）的目標（紅色體積）。 （c）使用TR反向傳播場的透鏡設計。 （d）從全息透鏡（紅色區域）向目標組織（藍色體積）的正向傳播。圖片來自瓦倫西亞理工大學。
該研究始于制作頭骨和大腦的計算機模型。研究人員從開源CAT掃描中提取出人類頭骨的幾何和聲學特性。還收集了來自MRI的數據以檢查來自大腦的軟組織信息。根據計算機模型，3D打印出真實的大腦復制品，也稱為顱骨模型。在對頭骨和大腦進行建模后，研究小組隨后設計了一種在頭骨內彎曲超聲波的方法。使用三種類型的全息聚焦，其復雜度越來越高：第一種將波聚焦到一個點，第二種聚焦導致彎曲波路徑，第三種導波填充整個右側區域。
然后研究人員對上述類型的全息聚焦進行了計算機模擬。建立在腦內創建超聲全息圖所需的聲波被建模。這是通過將大腦中的虛擬聲場反向傳播到頭骨內的一點來完成的。通過計算所需源波的相位和幅度，科學家們設計了全息透鏡來產生具有特定屬性的波。
然后對全息鏡頭進行3D打印并用顱骨模型進行測試。與計算機模擬相比，他們從顱骨模型測試中獲得的數據與理論非常一致。通過生成復雜圖案，3D打印鏡頭成功地幫助重新聚焦聲束穿透顱骨。然后，光束可以有效地靶向諸如海馬體的大腦區域，從而產生更清晰的圖像。
實驗裝置顯示水箱內的方框圖和顱骨模型，超聲波源和底部的聲全息圖。圖片來自瓦倫西亞理工大學。
中國3D打印點評：該研究有望導致低成本治療和中樞神經系統成像。全息透鏡還能夠通過有針對性地輸送超聲波來改變神經活動，從而實現超聲觸發的神經調節。 3D打印的全息鏡片也可能對新的藥物遞送技術有影響。特別地，這種超聲方法可以潛在地打開血腦屏障，其通常阻斷治療阿爾茨海默氏癥的治療藥物。
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