Получены первые лазерно-ультразвуковые изображения организма человека

20 декабря 2019

Для большинства людей ультразвуковое исследование является сравнительно простой процедурой. Оператор осторожно прижимает датчик к поверхности тела; генерируемые зондом звуковые колебания проходят сквозь кожу, отражаясь от мышечной, жировой и других мягких тканей, и возвращаются обратно к датчику, который улавливает и трансформирует волны в визуальный образ лежащих в глубине структур.

Проходя стандартное УЗИ, пациент не подвергается вредоносным излучениям, как при рентгенографии или КТ-сканировании; кроме того, обычно это неинвазивная процедура. Однако она все-таки требует физического контакта датчика с телом пациента, и, таким образом, ее применение может быть ограниченным в тех ситуациях, когда пациенту трудно перенести даже осторожное прикосновение зонда, – например, в случае обследования маленьких детей, лиц с тяжелыми ожогами или других пациентов со сверхчувствительной кожей. Кроме того, контактный ультразвуковой датчик может генерировать весьма вариабельные, изменчивые изображения, что остается серьезной проблемой современной УЗ-диагностики.

Специалисты Массачусетского технологического института (МТИ) предлагают альтернативный способ ультразвукового исследования, при котором даже минимальный контакт с телом пациента не требуется. Новейшая система лазерно-ультразвукового сканирования, безопасная для глаз и кожи, позволяет визуализировать висцеральные пространства и структуры дистантно. Роль зонда, генерирующего волны ультразвукового спектра частот и затем «считывающего» отраженное эхо, играет лазерный луч; визуализированное изображение внутренних органов аналогично таковому при обычном УЗИ.

Статья об этой инновационной разработке опубликована в «Nature», в журнальной серии «Light: Science and Applications», где группа разработчиков докладывает подробности впервые осуществленного лазерно-ультразвукового сканирования на людях. Объектом диагностики выступали предплечья нескольких добровольцев; исследовались обычные для УЗИ характеристики мышечной, жировой, костной тканей на глубине около 6 см под кожей. Изображения, по качеству и разрешению сопоставимые с обычной УЗ-визуализацией, были получены с использованием бесконтактной лазерной системы, расположенной на дистанции около полуметра от пациента.

Идея была реализована с применением пульсирующего 1550-нанометрового лазера, генерирующего волны ультразвуковой частоты (они проникают вглубь дальше, чем свет), и второго, непрерывного лазера, настроенного на ту же длину волны и выполняющего функции детектора отраженных ультразвуковых колебаний на коже.

Старший автор публикации, Брайан У. Энтони, описывает разработку образно:

«Это сродни тому, как если бы вы, стоя на краю Большого Каньона, пытались докричаться до кого-то внизу, подсвечивая себе фонариком. И этого оказывается достаточно для исследования внутренней геометрии объекта, находящегося на дне каньона».

Первые эксперименты проводились на металлических структурах, помещенных в желатиновую оболочку, с использованием стандартного серийно выпускаемого ультразвукового сканера. Затем проводились опыты с образцами тканей, полученных от животных, – в данном случае, от свиней, – и было обнаружено, что лазерная система способна визуализировать висцеральное пространство с точностью, «обнадеживающе похожей на обычное УЗИ». В конце концов был применен протокол, одобренный Комитетом Массачусетского технологического института и регламентирующий экспериментальные исследования с участием людей-добровольцев.

В настоящее время ведется активный поиск способов повышения разрешающей способности новой системы. В перспективе – создание портативной, переносной лазерно-ультразвуковой аппаратуры.

«Уже сейчас я вполне могу представить себе ситуацию, – говорит Б.У.Энтони, – когда, например, я просыпаюсь утром дома и начинаю день с осмотра своей щитовидной железы или артерий. Такие исследования можно было бы проводить где угодно, в любой обстановке и при любых обстоятельствах».

Неудивительно, что к данной инновационной разработке МТИ проявляют особое внимание спасательные службы, военно-медицинские структуры и другие организации, занимающиеся оказанием экстренной помощи.

 

По материалам сайта Science Daily