Ультразвуковое исследование — неотъемлемая часть современной медицины. Оно помогает визуализировать мягкие ткани и органы, измерять кровоток и следить за развитием плода. Однако у этого метода есть ограничения — узкое поле обзора и риск ошибки, зависящий от квалификации оператора.
В Калифорнийском технологическом институте разработали лишенную этих недостатков ультразвуковую томографию (УЗТ), позволяющую получать изображения полных поперечных срезов человеческого тела. Методика и результаты ее испытаний описаны в журнале Nature Biomedical Engineering.
«Как и при стандартном рентгеновском, МРТ или ПЭТ-сканировании, наша система не зависит от квалификации оператора. Она обеспечивает широкий угол обзора, поскольку мы видим весь поперечный срез, и при этом не сдавливает ткани, избегая искажений. К тому же УЗИ абсолютно безопасно для пациентов, что дает огромное преимущество перед методами с ионизирующим излучением», — говорит профессор Лихон Ван, руководивший исследованием.
Принцип работы обычного УЗИ: ультразвуковой датчик излучает в тело высокочастотные звуковые импульсы, а затем измеряет их отражения от тканей и органов, формируя двумерное изображение.
Звуковые волны распространяются в воде быстрее, чем в воздухе — именно поэтому для УЗИ на кожу наносят гидрогель, чтобы убрать воздушные прослойки. В УЗТ это еще важнее, поэтому разработчики вдохновлялись ранней ультразвуковой системой 1950-х годов, где пациенты погружались в резервуар с водой.
Как это устроено
«Чтобы ультразвук распространялся эффективно, между пациентом и датчиками должна быть вода. Поэтому участники наших экспериментов сидели в емкости с водой, оставляя голову снаружи. Вокруг ванны закреплена кольцеобразная конструкция, на которой закреплены 512 датчиков. С ее помощью мы сканируем тело сверху вниз, получая изображения разных поперечных срезов», — объясняет Ван.
Система измеряет не только эхо, но и улавливает прошедший сигнал: она количественно оценивает скорость звука, чтобы различать типы тканей, а также определяет его затухание.
«Изменения в тканях могут служить маркером некоторых заболеваний, например хронического воспаления или рака. Если из-за опухоли ткань уплотняется, при прохождении звука меняется ее эхогенность, скорость волны или коэффициент затухания. Чем больше физических параметров мы можем измерить, тем выше вероятность, что мы сможем сопоставить эти измерения с физиологически значимыми показателями и помочь в диагностике разных болезней», — продолжает профессор.
УЗТ проверили на пяти здоровых добровольцах. Опыты показали, что сканирование живота ультразвуком занимает 10 секунд.
«Мы доказали, что полносекционная УЗТ может стать недорогим, безопасным, быстрым и удобным инструментом для скрининга и наблюдения за состоянием здоровья», — резюмирует исследователь.
Он уверен, что методика будет успешно работать и на других участках тела — конечностях, шее и головном мозге.
Что дальше
В перспективе разработчики намерены отказаться от бака с водой, заменив его тонким водяным мешком в сочетании с токопроводящим гелем. Это позволит сделать аппарат УЗТ с горизонтальным столом, как у других видов томографии, а также проводить обследование в реальном времени прямо во время операций.
Следующий шаг — испытать систему на пациентах с липосаркомой. Это редкая раковая опухоль, возникающая из жировых клеток; ее трудно обнаружить современными методами, так как новообразование часто находится глубоко в тканях и не имеет четких границ.
«Нужно знать толщину жирового слоя, чтобы оценить и отслеживать развитие опухоли. Наша технология позволяет делать это гораздо точнее. А благодаря ее безопасности и безболезненности мы можем наблюдать за одним и тем же пациентом так часто, как требуется», — подчеркивает Ван.
На полносекционную ультразвуковую томографию подана заявка на патент, добавил он.
Новый метод томографии объединил УЗИ с лазером
Синтетический алмаз помог улучшить разрешение МРТ до нанометра
Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX