Как на ладони: создано первое устройство для 3D-сканирования всего тела человека

Чувствительность нового устройства в 40 раз превышает показатели современных систем сканирования.

Иллюстрация UC Davis.

На сканирование всего человеческого тела EXPLORER тратит около 20-30 секунд.

Фото UC Davis.

Первое в мире медицинское устройство, которое производит трёхмерное сканирование всего человеческого тела, выдало "дебютные" изображения.

Революционный сканер, получивший название EXPLORER ("Исследователь"), – детище учёных из Калифорнийского университета в Дейвисе. На разработку концепции у них ушло около десяти лет. В 2016 году инженеры сконструировали прототип, в который можно было поместить примата. Теперь же они достигли главной цели – создали и протестировали сканер, который выдаёт трёхмерное изображение тела человека.

Авторы работы поясняют в пресс-релизе, что EXPLORER объединил в себе два метода визуализации – позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ) и рентгеновскую компьютерную томографию (КТ). Оба метода сегодня используются очень активно. Однако устройства, способные с их помощью предоставлять медикам исчерпывающие сведения относительно состояния человека, — разные.

Результаты своей работы учёные описывают как "нечто невероятное". По их словам, новое устройство поможет революционизировать как клинические исследования, так и лечение пациентов. В частности, EXPLORER повысит скорость и точность диагностики, пригодится для наблюдений за прогрессированием различных болезней, для изучения свойств новых лекарств и так далее.

Отмечается, что сканер был разработан в сотрудничестве с китайской компанией United Imaging Healthcare. Её специалисты создали систему на основе новейшей технологической платформы. Именно эта компания, как ожидается, будет в дальнейшем создавать подобные устройства на продажу.

Разработка уже прошла ряд тестов, и исследователи отмечают, что были поражены результатами.

"Уровень детализации был ошеломительным. Мы могли видеть функции, которые вы просто не видите при обычном ПЭТ-сканировании. Нет другого устройства, которое позволило бы получать подобные данные", — признаётся соавтор проекта Рамзи Бадави (Ramsey Badawi).

 

"Я в течение многих лет представлял себе, как будут выглядеть такие изображения, но ничто не подготовило меня к невероятным деталям, которые мы смогли увидеть в этом первом сканировании", — добавляет соавтор работы биомедицинский инженер Саймон Черри (Simon Cherry).

По данным его команды, EXPLORER имеет ряд преимуществ перед другими системами визуализации. Во-первых, получение изображений занимает в 40 раз меньше времени, чем в случае использования технологии ПЭТ. На сканирование всего человеческого тела уходит порядка 20-30 секунд. Во-вторых, чувствительность устройства в 40 раз превышает показатели современных коммерчески доступных систем сканирования.

Всё это позволяет революционному сканеру создавать максимально подробные изображения, используя гораздо более низкие дозы радиации, чем требовалось до сих пор. Это очень важно как минимум по двум причинам. Во-первых, теперь диагностические и клинические исследования можно будет проводить многократно без угрозы для здоровья пациента. Во-вторых, снижение дозы облучения открывает новые возможности для педиатрии, ведь при обследовании юных пациентов медики тщательно контролируют дозу облучения, и ограничения для детей более существенные, чем для взрослых.

"Компромисс между качеством изображения, временем сбора данных и дозой облучения будет различаться для разных применений, но во всех случаях мы сможем сканировать [тело пациента] лучше, быстрее или с меньшей дозой облучения", — уточнил Саймон Черри.

На сканирование всего человеческого тела EXPLORER тратит около 20-30 секунд.
На сканирование всего человеческого тела EXPLORER тратит около 20-30 секунд.
Фото UC Davis.

Кроме того, высокая чувствительность прибора позволит клиницистам отслеживать в режиме реального времени конкретные молекулярные мишени в органах и тканях тела, что не доступно ни одной другой системе сканирования.

Для сравнения напомним, что современные ПЭТ-системы являются довольно медленными и не столь эффективными. Такие приборы за один сеанс осуществляют сканирование лишь одной части тела пациента. Медикам требуется 30-40 минут, чтобы объединить все полученные изображения в единую визуализацию, и это ограничивает возможность отследить те или иные эффекты или процессы в режиме реального времени.

EXPLORER выводит диагностическую визуализацию на совершенно иной уровень. К примеру, он позволяет наблюдать за определёнными молекулами, которые попадают в кровоток.

Так, видеоролик ниже демонстрирует процесс распространения фтордезоксиглюкозы (биологический аналог глюкозы) после инъекции в вену на ноге пациента. Визуализация получена в режиме реального времени, следить за соединением позволили специальные радиоактивные метки.

В течение нескольких секунд после инъекции фтордезоксиглюкоза достигает сердца, затем распределяется по артериям по всем органам тела. Примерно через три минуты часть вещества выводится из почек в мочевой пузырь. Постепенное накопление глюкозы можно наблюдать в сердце, мозге и печени. Все эти данные медики получают в ходе одного сеанса сканирования. Аналогичным образом они смогут отследить доставку, обмен и выделение любых других веществ или лекарств.

 

Исследователи уверены, что новый сканер принесёт неоценимую пользу в изучении процессов распространения рака. Благодаря новой технологии можно будет отследить, как и когда раковые клетки начинают распространяться за пределы первичной опухоли.

Кроме того, клиницисты смогут наблюдать за воспалительными процессами, распространением инфекций, изучать иммунологические и метаболические нарушения и получить новые данные о множестве заболеваний.

Новый сканер должен стать коммерчески доступным для больниц и исследовательских центров по всему миру в самое ближайшее время. Но для начала экспертам предстоит провести ряд испытаний и проверок (они стартуют весной 2019 года), а также наладить производство инновационных аппаратов.

"Я не думаю, что пройдёт много времени, прежде чем увидим EXPLORER по всему миру. Но это зависит от демонстрации преимуществ системы, как клинических, так и научно-исследовательских. Теперь мы фокусируемся на планировании работ, которые продемонстрируют, какую пользу EXPLORER принесёт пациентам и [как он] будет способствовать пополнению знаний о здоровье и болезнях", — заключает Саймон Черри.

Более подробный доклад об этой разработке его команда представит на ежегодной встрече Радиологического общества Северной Америки (RSNA 2018).

Напомним, что ранее авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о других прорывных технологиях визуализации. Так, "увидеть" тело пациента "насквозь" позволяет новая сверхчувствительная камера и объединение привычных методов сканирования с возможностями дополненной реальности. Также мы сообщали о технологии, которая позволяет получить беспрецедентные 3D-изображения тканей мозга.