15.08.2019

Писк раковой опухоли: учёные разработали новый ультразвуковой томограф для диагностики онкологических заболеваний

Универсальную систему оптико-акустической и лазерной ультразвуковой томографии в режиме реального времени разработала группа учёных из НИТУ «МИСиС». Одно из перспективных применений нового устройства — биомедицинские приложения, позволяющие без хирургического вмешательства с высокой точностью обнаружить раковую опухоль и показать её границы в формате УЗИ-сканирования, а также визуализировать сосуды при операциях. Результаты опубликованы в журнале Photoacoustics.

Аппарат, разработанный в лаборатории лазерных ультразвуковых методов интроскопических исследований НИТУ «МИСиС», может быть использован для обнаружения онкологических опухолей, а также для визуализации кровеносных сосудов пациента, диагностики введения медицинских игл или других инструментов в сосуды при различных процедурах, например шунтировании или стентировании.

Разработка решает проблему слабой контрастности и низкого разрешения изображений многих биологических тканей и органов, получаемых при помощи стандартного УЗИ. В сравнении с обычным ультразвуковым исследованием новая технология предоставляет врачу не только стандартные УЗИ-изображения, но и дополнительную информацию о тех тканях, которые слабо различимы акустически (при помощи ультразвука), но при этом имеют разную поглощающую способность. К таким тканям относятся и раковые опухоли.

Вся система основана на известном физическом явлении — оптико-акустическом эффекте. Он заключается в следующем: лазерное излучение очень короткой длительности поглощается в облучаемом объекте (в данном случае — живых тканях организма), что приводит к быстрому нагреву участка этого объекта. Нагрев приводит к расширению вещества тканей и соответствующему возбуждению ультразвуковых волн. Таким образом, облучение короткими лазерными импульсами приводит к «вибрации» участка ткани и излучению ими ультразвука. Грубо говоря, живой орган «пищит» на сверхвысоких тонах.

«В установке лазерное излучение используется для возбуждения ультразвука в двух режимах. В первом, оптико-акустическом, свет поглощается непосредственно в изучаемом объекте (при этом «вибрировать» начинает небольшой участок кровеносного сосуда или опухоли). Возбуждаемые таким образом волны регистрируются множеством приёмников (специальной акустической антенной), а сигналы с этих элементов используются в дальнейшем для построения точных изображений объекта, обеспечивающих контраст по поглощению света,— рассказал один из соавторов, инженер лаборатории лазерных ультразвуковых методов интроскопических исследований НИТУ «МИСиС» Василий Зарубин.— Во втором, лазерном ультразвуковом режиме, свет поглощается уже в специальной пластинке, и она начинает «вибрировать». Возбуждённые в ней волны используются для исследования объекта способом, схожим со стандартным УЗИ. При этом ультразвуковые волны рассеиваются неоднородностями объекта, и принимаются той же самой акустической антенной. Сигналы с неё используются для построения финальных лазерных ультразвуковых изображений».

Таким образом, аппарат позволяет получать два типа изображений одновременно — оптико-акустические и лазерные ультразвуковые. Изображения первого типа обеспечивают оптический контраст — позволяют хорошо различать участки, по-разному поглощающие оптическое излучение. Второй тип изображений (лазерный ультразвуковой) обеспечивает акустический контраст — позволяет хорошо различать участки, по-разному отражающие ультразвуковые волны. Соответственно, изображение, полученное на новом приборе как комбинация этих двух типов, предоставляет врачам значительно больше информации для диагностики в сравнении со стандартным УЗИ.

В настоящее время научный коллектив занимается улучшением характеристик экспериментального прототипа системы, адаптацией его под конкретные задачи и поиском перспективных потребителей.

Источники:

1. 22century.ru