Ультразвуковые линзы позволят изучать глубокие ткани при помощи видимого света

Новый метод позволит получать детальные изображения органов без проведения инвазивного эндоскопического вмешательства.

Иллюстрация Carnegie Mellon University College of Engineering.

Схематическое изображение работы "ультразвукового пластыря", который в будущем сможет заменить современное эндоскопическое исследование.

Иллюстрация Carnegie Mellon University College of Engineering.

На сегодняшний день эндоскопия часто остаётся единственным способом увидеть внутренние органы человека, по тем или иным причинам "недоступные" для других методов исследований. Например, органы желудочно-кишечного тракта, полости суставов, матки, мочевого пузыря и даже головной мозг поддаются изучению порой исключительно с помощью эндоскопии.

Однако инвазивная эндоскопическая диагностика не только психологически и физически тяжела для пациентов (впрочем, "Вести.Наука" писали о том, как учёные предлагают побороть эту проблему). Но, что важнее, иногда такое вмешательство вызывает довольно серьёзные осложнения, поскольку травмирует ткани.

Технология, предложенная учёными из Университета Карнеги – Меллона, может оставить сегодняшние эндоскопические методы исследований в прошлом. Новая научная работа продемонстрировала, что для получения оптического изображения биологических тканей можно использовать ультразвук.

Если быть точнее, в своём эксперименте исследователи показали, как с помощью ультразвука можно эффективно фокусировать видимый свет внутри тканей. Это позволит получить изображения такого качества, которое раньше неинвазивные вмешательства обеспечить не могли.

Собственно, на сегодняшний день проблема заключается в том, что ткани человеческого организма не пропускают бóльшую часть света, особенно в видимом диапазоне (если приложить яркий фонарик к пальцу, сильно рассеянный свет пройдёт сквозь него, но вот с бедром такой фокус уже точно не пройдёт). Именно поэтому современные способы диагностики, позволяющие детально рассмотреть те или иные органы и ткани, основаны на инвазивной эндоскопии.

Сотрудники лаборатории Майсама Чаманзара (Maysam Chamanzar), однако, смогли с помощью ультразвука добиться большей "прозрачности" тканей и улучшить их проницаемость для видимого света.

"Возможность получать изображения таких органов, как, например, мозг, без введения в него оптических приборов, станет серьёзной альтернативой инвазивным эндоскопам. Мы применили ультразвуковые волны для создания виртуальной оптической линзы, которая помогает нам получать изображение глубоких структур. Этот метод может стать революционным в области визуализации органов и тканей", – отмечает главный автор научной работы Чаманзар в пресс-релизе университета.

Дело в том, что ультразвуковые волны способны уплотнять и разреживать любую среду, через которую они проходят. При этом в более плотных областях свет распространяется медленнее, чем в разреженных. В своей работе команда учёных показала, что этот эффект сжатия и разреживания можно использовать для создания виртуальной "линзы" прямо в биологических тканях. Кроме того, такую "линзу" можно перемещать, не повреждая ткани, лишь при помощи перенастройки ультразвуковых волн.

Это означает, что с помощью нового подхода можно будет безопасно получать изображения необходимых органов.

В будущем необходимые для реализации такого метода технические решения можно будет встраивать в портативные устройства или даже в приспособления наподобие пластыря, отмечают разработчики.

Поместив аппарат или "пластырь" на кожу человека, врач сможет получить оптическое изображение тканей и органов, расположенных под поверхностью тела.

Схематическое изображение работы ультразвукового пластыря, который в будущем сможет заменить современное эндоскопическое исследование.

Новый метод, скорее всего, начнёт применяться в исследованиях мозга и поверхностных подкожных структур (например, сосудов и сухожилий). Однако не стоит недооценивать его способность визуализировать и другие органы человеческого тела.

Трудно переоценить возможности новой акустооптической технологии и в научных исследованиях. Авторы считают, что предложенный ими подход позволит лучше изучить механизмы развития и возможные пути лечения нейродегенеративных заболеваний, например, болезни Паркинсона.

Результаты исследования группы Чаманзара опубликованы в открытом доступе в издании Nature Communications.

К слову, авторы "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) ранее рассказывали о камере, "видящей" тело человека насквозь.

Чтобы быть в курсе самых последних новостей науки, подписывайтесь на наши группы в социальных сетях: ВКонтакте, Facebook, Twitter, "Одноклассники", Яндекс.Дзен.

А пока предлагаем прочесть о способах неинвазивной диагностики онкологических заболеваний, мигрени и инсульта.