Новый метод томографии объединил УЗИ с лазером
В Калифорнии разработали неинвазивный метод трехмерной медицинской визуализации, вобравший все лучшее от применяемых сейчас технологий, но лишенный их недостатков.
Новая томография объединяет ультразвуковое и фотоакустическое сканирование, что позволяет одновременно визуализировать как ткани, так и кровеносные сосуды. Результаты пилотных испытаний методики опубликованы в журнале Nature Biomedical Engineering.
Остались в прошлом эскулапы, в диагностике полагавшиеся на опыт, клиническое мышление и, во многом, на интуицию. Современная медицина зиждется на высокотехнологичных способах визуализации. Каждый из них — УЗИ, рентген, компьютерная и магнитно-резонансная томография — занял свое достойное место, но не лишен недостатков. Это стоимость оборудования, длительность сканирования, а также ограничения самих изображений: какой объем тела можно охватить за один раз, на какую глубину проникает сигнал и насколько детальной получается картина.
«Наша команда выявила ключевые ограничения существующих методов и разработала принципиально новый подход, чтобы их устранить», — заявил профессор Чарльз Лю из Медицинской школы им. Кека в Южно-Калифорнийском университете, соавтор исследования.
Чтобы продемонстрировать широкие возможности технологии, исследователи использовали систему для визуализации различных областей человеческого тела: головного мозга, молочной железы, кисти и стопы.
Сканирование мозга проводилось пациентам с черепно-мозговой травмой во время операции, когда часть черепной кости временно удалена. Результаты показали, что технология способна зафиксировать как структуру тканей, так и сосудов на участке шириной до 10 сантиметров всего за примерно 10 секунд.
«Наш метод меняет принцип совместной работы ультразвуковых и фотоакустических систем, позволяя получать гораздо более полные изображения на значительной глубине. Это важный шаг вперед в неинвазивной диагностике, не использующей ионизирующего излучения или сильных магнитов», — поделился профессор Ван Лихон из Калифорнийского технологического института, соавтор исследования.
Два в одном
Авторы разработки впервые в истории объединили ротационную ультразвуковую томографию (RUST) и фотоакустическую томографию (PAT) в единую систему RUS-PAT.
Подобно обычному УЗИ, RUST направляет звуковые волны в исследуемую область. Но вместо одного датчика, создающего двухмерное изображение, она использует дугообразную решетку детекторов для построения трехмерного объемного изображения тканей.
PAT направляет в ту же область луч лазерного света, который поглощается молекулами гемоглобина в крови. Эти молекулы вибрируют и излучают ультразвуковые волны, регистрируемые теми же детекторами для построения 3D-изображений кровеносных сосудов.
По сравнению существующими инструментами медицинской визуализации у RUS-PAT есть ряд неоспоримых преимуществ: она дешевле МРТ, не требует облучения, как рентген и КТ, и дает более детальные изображения, чем обычное УЗИ.
«Если говорить о ключевых недостатках современной медицинской визуализации — стоимости, поле обзора, пространственном разрешении и времени сканирования — то наша платформа решает многие из этих проблем», — заметил Лю.
Широкие перспективы
Проведя сканирование мозга, молочной железы, кисти и стопы, исследователи продемонстрировали потенциал RUS-PAT для самых разных областей здравоохранения. Визуализация мозга играет центральную роль в диагностике и лечении инсульта, черепно-мозговых травм и неврологических заболеваний, а сканирование молочной железы критически важно в борьбе с одним из самых распространенных видов рака в мире.
«Фотоакустика открывает новую эру в изучении человека, и мы уверены, что эта технология станет ключевой для разработки новых методов диагностики и персонализированной терапии», — убежден профессор Джонатан Рассин, заведующий отделением нейрохирургии Вермонтского университета.
Быстрое и недорогое сканирование стопы также может помочь миллионам людей, страдающих от диабетических осложнений и венозных заболеваний нижних конечностей.
«Очевиден потенциал этого подхода помогать клиницистам выявлять конечности в группе риска и определять стратегию вмешательств для сохранения их функции при диабетической стопе и других сосудистых патологиях», — прокомментировал Тан Цзи-Вей, директор Программы по сохранению конечностей в Медицинской школе им. Кека.
Что дальше
Несмотря на более чем успешные эксперименты, создатели системы считают их пока скорее доказательством концепции. Они хотят подобрать частоту ультразвука и другие параметры для получения более четких изображений мозга сквозь кости черепа. «Сейчас мы продолжаем совершенствовать систему, двигаясь к ее будущему применению в медицине», — заключил Чарльз Лю.
