Піск ракової пухлини: вчені розробили новий ультразвуковий томограф для діагностики онкологічних захворювань

Фотографія експериментальної установки: 1 - лазер з джерелом живлення; 2 - волоконно-оптична система доставки лазерного випромінювання в режимі LU; 3 - система збору та обробки експериментальних даних; 4-РС; 5 - матриця детекторів; 6 - 3D система позиціонування.

Група вчених з НІТУ «МІСіС» розробила універсальну систему оптико-акустичної і лазерної ультразвукової томографії в режимі реального часу. Одне з перспективних застосувань нового пристрою - біомедичні програми, що дозволяють без хірургічного втручання з високою точністю виявити ракову пухлину і показати її межі у форматі УЗД-сканування, а також візуалізувати судини при операціях. Результати опубліковані в журналі Photoacoustics.

Апарат, розроблений в лабораторії лазерних ультразвукових методів інтроскопічних досліджень НІТУ «МІСіС», може бути використаний для виявлення онкологічних пухлин, а також для візуалізації кровоносних судин пацієнта, діагностики введення медичних голок або інших інструментів у судини при різних процедурах, наприклад шунтуванні або стентуванні.

Розробка вирішує проблему слабкої контрастності і низької роздільної здатності зображень багатьох біологічних тканин і органів, одержуваних за допомогою стандартного УЗД. У порівнянні зі звичайним ультразвуковим дослідженням нова технологія надає лікарю не тільки стандартні УЗД-зображення, але і додаткову інформацію про ті тканини, які слабо розрізняються акустично (за допомогою ультразвуку), але при цьому мають різну поглинаючу здатність. До таких тканин належать і ракові пухлини.

Вся система заснована на відомому фізичному явищі - оптико-акустичному ефекті. Він полягає в наступному: лазерне випромінювання дуже короткої тривалості поглинається в опромінюваному об'єкті (в даному випадку - живих тканинах організму), що призводить до швидкого нагрівання ділянки цього об'єкта. Нагрів призводить до розширення речовини тканин і відповідного збудження ультразвукових хвиль. Таким чином, опромінення короткими лазерними імпульсами призводить до «вібрації» ділянки тканини і випромінювання ними ультразвуку. Грубо кажучи, живий орган «пищить» на надвисоких тонах.

"В установці лазерне випромінювання використовується для збудження ультразвуку в двох режимах. У першому, оптико-акустичному, світло поглинається безпосередньо в об'єкті (при цьому «вібрувати» починає невелику ділянку кровоносної судини або пухлини). Збуджені таким чином хвилі реєструються безліччю прийомників (спеціальної акустичної антенної), а сигнали з цих елементів використовуються в подальшому для побудови точних зображень об'єкта, що забезпечують контраст з поглинання світла, - розповів один із співавторів, інженер лабораторії лазерних ультразвукових методів інтроскопічних досліджень НІТУ "МІСіС" Василь Зарубін. - У другому, лазерному ультразвуковому режимі, світло поглинається вже в спеціальній платівці, і вона починає ". Збуджені в ній хвилі використовуються для дослідження об'єкта способом, схожим зі стандартним УЗД. При цьому ультразвукові хвилі розсіюються неоднорідностями об'єкта, і приймаються тією ж самою акустичною антеною. Сигнали з неї використовуються для побудови фінальних лазерних ультразвукових зображень ".

Таким чином, апарат дозволяє отримувати два типи зображень одночасно - оптико-акустичні та лазерні ультразвукові. Зображення першого типу забезпечують оптичний контраст - дозволяють добре розрізняти ділянки, що по-різному поглинають оптичне випромінювання. Другий тип зображень (лазерний ультразвуковий) забезпечує акустичний контраст - дозволяє добре розрізняти ділянки, що по-різному відображають ультразвукові хвилі. Відповідно, зображення, отримане на новому приладі як комбінація цих двох типів, надає лікарям значно більше інформації для діагностики порівняно зі стандартним УЗД.

В даний час науковий колектив займається поліпшенням характеристик експериментального прототипу системи, адаптацією його під конкретні завдання та пошуком перспективних споживачів.