【原文】https://blog.kitware.com/kitware-leading-edge-ultrasound-research/
超聲已成爲廣泛的臨牀手術和醫學研究應用中的創新催化劑，新的見解和改進方法。產科，心臟病學和放射學，超聲波研究與開發活動的長期以來的核心力量在過去幾年飆升。非傳統的專業便攜式超聲波設備市場的兩位數增長率，這一突破顯而易見[1]，如麻醉學，肌肉骨骼和急救。
Kitware在超聲波研發領域處於領先地位。與學術和工業先驅者合作，我們正在爲下一代設備奠定基礎，這將爲醫療體系節省成本，最重要的是拯救生命。特別是，我們專注於通過相對較少經驗的醫務人員，可以在廣泛的臨牀環境中使用低成本，高效的超聲設備的方法。我們設想超聲成爲世界各地醫生辦公室，救護車和診所未來普及的聽診器; 然而，只有將這些高度便攜式超聲波探頭的算法和用戶界面嵌入必要的專業知識才能實現這一未來。
在醫學超聲研究領域形成的四大趨勢如下：
趨勢1：測量自動化
充分認識到，這種趨勢將使幾乎沒有經驗的用戶在多個設置中部署超聲成像成爲可能。這些好處包括：1）通過針對新手用戶以及現場，家庭內，住院前和牀邊（即“點護理”）應用程序，降低醫療保健系統的成本; 2）更好的患者結果，因爲成像可以早期獲得（例如，在事故現場，患者分診），並且在疾病過程中更頻繁地獲得; 3）改進了測量標準化和用戶間可靠性。趨勢2：多模態和縱向圖像融合，在病理學的存在-
熒光透視，計算機斷層掃描（CT）和磁共振成像（MRI）的作用已被廣泛用於診斷和手術計劃; 然而，這些基線圖像只能在手術和治療之前或間歇期間獲得。這使得臨牀醫生處理規劃圖像，隨着疾病進展而變得越來越不相關，或者外科醫生移動或去除解剖結構。可以跟蹤實時解剖變化的超聲波可以作爲基線圖像與患者當前狀況之間的橋樑。趨勢＃3：計算機輔助超聲探頭放置
確定放置超聲波探針的位置以及如何移動探頭以查看特定的解剖結構需要大量的培訓和專業知識。經過專門培訓的專家經常無法獲得點護理應用程序。正在集成新型三維（3D）跟蹤技術和圖像分析方法來提供超聲探頭的解剖位置的實時估計，並且正在設計機器人系統來自動化臨牀和研究應用的探針放置，以加強重複性和效率。趨勢4：干預指導
在醫療保健領域的人們會告訴你，針頭指導是他們工作中程序上更令人沮喪的方面之一。平均來說，需要三次嘗試成功找到靜脈並插入針頭，並且失敗並不像您所認爲的那樣無害。可導致血腫，神經損傷或感染。超聲波正在迅速成爲靜脈定位的成熟儀器，正在開發新興的伴隨軟件，包括增強現實可視化系統，以進一步簡化此過程。
Kitware：超聲研究項目
以下項目是由Kitware領導或支持的正在進行的基於超聲波的研究和開發的代表性子集。這些項目從癌症研究到手術計劃。Kitware的開源哲學在這些令人興奮的超聲增強工作中激發了創新，協作和發展。
護理點(Point-of-Care)，計算機輔助超聲： 住院前快速 和創傷性腦損傷檢查
- 趨勢：測量自動化，計算機輔助探頭放置
重症評估與超聲檢查（FAST）檢查是一種手段來分類可能由於腹部創傷引起內出血的患者。通過用超聲波評估患者身體的四個區域，提供了有價值的信息，可以幫助確定患者是否註定觀察，CT掃描或手術室。不幸的是，雖然便攜式超聲波系統的成本持續下降，但是所需的培訓仍然是一個主要的障礙。研究表明，FAST在院前設置中有效 [2]; 然而，這些研究涉及醫師和外科醫生進行長達100小時的專門的FAST培訓，而這種廣泛的培訓對於典型的EMS人員是不實際的。實際情況是，據估計，農村人口中可預防的與創傷相關的死亡率比城市人口高出85％[3]，其中住院前病人護理是農村和服務不足的迫切和未滿足的需要人口[ Trauma.org ]。
在事故和自然災害現場向羣衆提供超聲波強大的診斷功能可以做些什麼？Kitware正在通過創建便攜式易於使用的系統來幫助推動創傷型超聲波的廣泛採用，該系統將（1）先進的機器學習方法與（2）Interson的低成本超聲波探頭 和（3）創新增強來自InnerOptic的現實顯示。這項工作的方面正在由NIH資助，並由位於聖路易斯華盛頓大學和北卡羅來納州杜克大學的創傷外科和急診醫學臨牀合作者牽頭。
這項工作已經擴展到包括 通過使用超聲波來評估視神經擴張的創傷性腦損傷（TBI）的現場評估 ，這是與TBI相關的顱內壓增加的即時指標。
相關出版物：
- S.Aylward，S.Gerber，M.McCormick，M.Jallais，S.Mongomery，L.Kohli，B.Freeman，S.Kane，“Point-of-care ultrasound for detection elevated intracranial pressure in the field”Special Operations醫學協會科學大會（SOMSA）2017（講臺演講）
- S.Aylward，M.McCormick，M.Jallais，S.Gerber，S.Montgomery，L.Kohli，B.Freeman，S.Kane，“Computer-Assisted FAST exam for in-field triage”SOMSA 2017（Poster Presentation ）
- X. Han，X.Yang，S.Aylward，R.Kwitt，M.Niethammer，“Efficient Registration of Pathological Images：A Joint PCA / Image-Reconstruction Approach”IEEE International Symposium on Biomedical Imaging，Melbourne，Australia，2017
- A. Aylward，M. McCormick，HJ。Kang，S.Razzaque，R.Kwitt，M.Niethammer，“ Ultrasound Spectroscopy ”Proceedings of the International Symposium on Biomedical Imaging（ISBI），Prague，2016（Presentation）
腫瘤微環境超聲分析
- 趨勢：測量自動化，多模態圖像融合，計算機輔助探頭放置
隨着北卡羅萊納大學教堂山和 SonoVol，臨牀前超聲啓動，Kitware正在參與開發工具和技術，幫助癌症研究人員跟蹤動物模型中的腫瘤。癌症惡性腫瘤的一個生物標誌物是腫瘤內血管的曲折，是腫瘤滋養良好的指標。我們合作的一個目標是通過高頻超聲和先進的圖像分析算法來監測腫瘤血管，使研究人員能夠調查腫瘤對潛在抗癌藥物的反應。該項目由NIH和NSF資助，向Kitware，UNC和SonoVol提供資助。一旦實現，這種方法將促進藥物開發，並幫助學術界和行業的研究人員更早地識別有希望的療法。
相關出版物：
SE。謝爾頓，BD。Lindsey，R.Gessner，Y.Lee，S.Aylward，H.Lee，E.Cherin，F.Stuart Foster，PA。Dayton，“Acoustic angiography：a new high frequency contrast ultrasound technique for biomedical imaging”。SPIE 9871，生物醫學和認知應用傳感與分析技術2016，987109（2016年5月19日）; DOI：10.1117 / 12.2229179。
RC Gessner，SR Aylward和PADonton，“Mapping Microvasculature with Acoustic Angiography YieldsAffectable Differences between Healthy and Tumor-bearing Tissue Volumes in a Rodent Model”，Radiology，vol。264，no。3，pp。733-740，2012。
超聲增強：外周血管通路
- 趨勢：計算機輔助超聲探頭放置，干預指導
Kitware正在開發一種創新的增強現實系統，並建立在其廣泛的專業知識的基礎上，通過血管建模來定位患者的靜脈，計算針頭到達靜脈的路徑，然後交互地指導臨牀醫生如何移動針使其跟隨計算出的路徑。
該系統的一個特別創新的方面是通過集成的微微投影機向臨牀醫生提供指導，該微型投影儀將靜脈和針頭指導指示的位置直接顯示在患者的皮膚上。一旦完全開發，這將使皮下解剖和儀器到達表面，使不精確的針頭粘在一起。這個項目的合作者是Interson，InnerOptic，杜克大學和聖路易斯華盛頓大學。
相關出版物：
克維特，德克薩斯州 Pace，M.Niethammer，S.Aylward，“Studyying Cerebral Vasculature Using Structure Proximity and Graph Kernels”。MICCAI（2）2013：534-541
R.Kwitt，N.Vasconcelos，S.Razzaque，S.Aylward“Recognition in Ultrasound Videos：Where Am I？”MICCAI（3）2012：83-90
超聲和mpMRI融合前列腺惡性評估
趨勢：多模態圖像融合，干預指導
常見的前列腺損傷有效的非侵入性惡性腫瘤評估可以預防前列腺的不必要的手術切除。通過美國國立衛生研究院資助的撥款的杜克大學的分包合同，Kitware正在使用多種新型超聲成像方式註冊MRI圖像，目的是改善前列腺癌的護理標準。
超聲在頜骨矯正手術
- 趨勢：多模態圖像融合，干預指導
在頜骨矯正手術期間，髁突可能在顳下頜關節脫位。這種脫位可能難以檢測，甚至在手術中更難以正確修復。在 NIH 的資助下，北卡羅來納大學教堂山的 Denofacial Deformities診所爲 Kitware 提供資金， 用於開發超聲 - CT註冊方法，可幫助手術內檢測這些錯位的發生和指導糾正錯位。這項工作還具有超聲分割技術，新穎的可視化方法和高精度超聲探頭跟蹤技術。
[1]美國醫療超聲影像系統市場增長受新興市場細分的影響分析（2011）。霜和沙利文。
[2] Nelson BP，Chason K，“Use of ultrasound by emergency medical services：a review” Int J Emerg Med。2008年12月 1（4）：253-259。
[3] Gamm LD，Hutchison LL，Dabney BJ和Dorsey AM，“農村健康人2010”：“健康人羣伴侶文集”，第二卷。（得克薩斯州學院站：得克薩斯A＆M大學系統健康科學中心，農村公共衛生學院，西南農村衛生研究中心，2003年）