Бесконтактное лазерное УЗИ впервые испытали на людях
Американские специалисты разработали технологию полностью бесконтактного лазерного ультразвукового исследования и успешно испытали ее на людях. Она обладает массой преимуществ перед традиционным УЗИ, среди которых отсутствие необходимости использования контактного геля, высокое качество изображения, которое не зависит от опыта специалиста, и объемная визуализация.
Традиционное УЗИ остается одним из самых используемых методов визуализации во всем мире. Оно безопасно, так как не подвергает пациентов вредному излучению, как рентгеновские и КТ-сканеры, неинвазивно и экономически доступно. В ходе такого исследования врач мягко прижимает смазанный специальным гелем ультразвуковой зонд к поверхности кожи, чтобы получить изображение нужной области. Генерируемые зондом звуковые волны проникают сквозь кожу в мышцы, жировую ткань, кровеносные сосуды и другие мягкие ткани, отражаясь от них и возвращаясь обратно в зонд, который фиксирует и преобразует отраженные сигналы в ультразвуковое изображение.
Поскольку для передачи и обнаружения ультразвука зонд должен соприкасаться с поверхностью кожи, его положение и сила надавливания создают чувствительные к контакту изображения. Эта контактная чувствительность провоцирует неучтенные колебания, что снижает эффективность исследования. Врачи, делающие снимки одной и той же части тела в разное время, как правило, получают два разных изображения, что делает отслеживание изменений в тканях в динамике невозможным.
Кроме того, контакт с телом может быть ограничивающим фактором в ситуациях, когда пациент может плохо его переносить, например, у новорожденных, людей, получивших тяжелые травмы или ожоги, а также у нуждающихся в хирургической помощи.
Инженеры Массачусетского технологического института наши решение этой проблемы. Они придумали альтернативу классическому ультразвуковому исследованию, которая не требует прямого контакта с телом пациента, чтобы увидеть его внутренние органы. Новая ультразвуковая техника предполагает использование безопасных для глаз и кожи лазеров для удаленной генерации и регистрирования ультразвука на поверхности кожи.
Передающий лазер посылает световой импульс, который быстро поглощается кожей и преобразуется в звуковые волны. Тут работает так называемый фотоакустический эффект, когда воздействие светом приводит к возникновению звуковых колебаний. Генерируемые звуковые волны взаимодействуют с тканью, подобно обычному ультразвуку. Второй лазер фиксирует отраженные сигналы на поверхности кожи, которые затем трансформируется в изображение – так же, как это происходит при традиционном УЗИ.
Основной смысл новой технологии в том, чтобы вместо прямой генерации ультразвуковых волн внутрь тела, использовать свет в форме импульсного лазера, настроенного на определенную длину волны, который проникает в кожу и поглощается тканями. Кровеносные сосуды в них быстро расширяются и расслабляются: мгновенно нагретые лазерным импульсом, они затем молниеносно охлаждаются телом, возвращаясь к первоначальному размеру, после чего следует новый световой импульс. Возникающие при этом механические колебания генерируют звуковые волны, которые возвращаются к поверхности кожи, где улавливаются другим лазером.
Основываясь на своих предыдущих исследованиях, команда выбрала лазеры, длина волны которых быстро поглощается водой. Так как кожа состоит в основном из воды, команда пришла к выводу, что она должна эффективно поглощать этот свет, нагреваться и расширяться в ответ. Когда он возвращается к своему нормальному состоянию, кожа сама должна создавать звуковые волны, которые распространяются по всему телу.
Исследователи впервые применили новую технику УЗИ для визуализации металлических объектов, помещенных в желатиновую оболочку, что примерно напоминает содержание воды в коже. Затем они визуализировали их с использованием обычного ультразвукового зонда и обнаружили, что оба полученных изображения были очень похожи. После этого они повторили эксперимент на тканях животных – в частности, коже свиньи – и выяснили, что бесконтактное лазерное ультразвуковое исследование способно различать тонкие особенности строения тканей, такие как границы между мышцами, жиром и костью.
И вот, наконец, недавно команда провели первые испытания новой технологии на людях. После сканирования предплечья нескольких здоровых добровольцев исследователи создали первые изображения человека, полученные с помощью полностью бесконтактного лазерного ультразвука. Границы жира, мышц и других тканей, располагающихся на глубине до 6 см под кожей, на них хорошо видны и сопоставимы с изображениями, полученными с помощью существующих контактных ультразвуковых зондов. Лазерные установки при этом находились на расстоянии полуметра от человека.
Авторы планируют в дальнейшем усовершенствовать свою технику; они, в частности, ищут способы повысить производительность системы, чтобы она могла визуализировать мельчайшие особенности тканей. Они также намерены улучшить возможности второго лазера, который фиксирует отраженные сигналы, и в целом сделать установку максимально компактной, чтобы однажды лазерный ультразвук можно было реализовать в виде портативного устройства.
«Я даже могу представить, как нашу технологию можно будет использовать дома, – говорит один из авторов идеи. – К примеру, проснувшись утром, я смогу получить УЗИ-изображение своей щитовидной железы или артерий, и провести визуализацию разных физиологических процессов в домашних условиях. Фантастика».
