Учёные разработали новый метод томографии без облучения с 3D-визуализацией сосудов

В Калифорнии разработали новый метод томографии, который объединяет ультразвуковое и фотоакустическое сканирование. Пилотные испытания показали, что технология может получать объёмные 3D-изображения кровеносных сосудов на глубине до 10 см всего за 10 секунд без ионизирующего излучения и сильных магнитов, пишет Наука.

Современная медицина давно опирается на высокотехнологичные методы визуализации — ультразвук, рентген, компьютерную и магнитно-резонансную томографию. Каждый из этих подходов важен для диагностики, но у каждого есть ограничения: высокая стоимость оборудования, длительность обследования и особенности самих изображений — какой объём тела удаётся охватить за один раз, на какую глубину проникает сигнал и насколько детальной получается картинка.

«Наша команда выявила ключевые ограничения существующих методов и разработала принципиально новый подход, чтобы их устранить», — заявил профессор Чарльз Лю из Медицинской школы им. Кека Университета Южной Калифорнии, соавтор исследования.

Чтобы показать возможности технологии, учёные применили систему для визуализации разных областей человеческого тела: головного мозга, молочной железы, кисти и стопы.

Сканирование мозга выполняли пациентам с черепно-мозговой травмой во время операции, когда участок черепной кости временно удаляли. Результаты показали, что метод способен зафиксировать структуру тканей и сосудов на участке шириной до 10 сантиметров примерно за 10 секунд.

«Наш метод меняет принцип совместной работы ультразвуковых и фотоакустических систем, позволяя получать гораздо более полные изображения на значительной глубине. Это важный шаг вперёд в неинвазивной диагностике, не использующей ионизирующего излучения или сильных магнитов», — отметил профессор Ван Лихон из Калифорнийского технологического института, соавтор исследования.

Авторы подчёркивают, что впервые объединили ротационную ультразвуковую томографию (RUST) и фотоакустическую томографию (PAT) в единую платформу, получившую название RUS-PAT.

Как и при стандартном УЗИ, RUST направляет звуковые волны в исследуемую область. Однако вместо одного датчика, формирующего двумерное изображение, здесь используется дугообразная решётка детекторов, которая позволяет построить трёхмерную объёмную картину тканей.

PAT, в свою очередь, направляет в ту же область лазерный луч. Свет поглощается молекулами гемоглобина в крови, из-за чего они начинают вибрировать и создают ультразвуковые волны. Эти волны регистрируют те же детекторы, после чего строится 3D-изображение кровеносных сосудов.

По сравнению с существующими инструментами медицинской визуализации у RUS-PAT, по словам разработчиков, есть заметные преимущества: метод обходится дешевле МРТ, не требует облучения, как рентген и КТ, и даёт 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», — подчеркнул Лю.

Проведя сканирование мозга, молочной железы, кисти и стопы, исследователи показали потенциал RUS-PAT для самых разных направлений медицины. Визуализация мозга остаётся одной из базовых задач при диагностике и лечении инсульта, черепно-мозговых травм и неврологических заболеваний. Сканирование молочной железы критически важно для раннего выявления и контроля одного из самых распространённых 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», — считает профессор Джонатан Рассин, заведующий отделением нейрохирургии Вермонтского университета.

Авторы также обращают внимание на практическую пользу быстрого и относительно недорогого сканирования стопы. Такой подход может помочь миллионам людей, сталкивающимся с диабетическими осложнениями и венозными заболеваниями 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.

Несмотря на успешные испытания, создатели системы называют полученные результаты скорее доказательством работоспособности концепции. Следующая цель — подобрать частоту ультразвука и другие параметры, чтобы получать более чёткие изображения мозга сквозь кости черепа.

«Сейчас мы продолжаем совершенствовать систему, двигаясь к её будущему применению в медицине», — заключил Чарльз Лю.

Результаты первых испытаний опубликованы в Nature Biomedical Engineering.

Фото: nature.com

Татьяна Вахнован

Читайте также:

• Парацетамол при беременности безопасен: учёные проверили десятки исследований
• В Китае представили электромобиль, который заряжается за 5 минут