Впервые получены лазерные бесконтактные УЗИ-сканы человеческого организма

Изображение живых тканей человека, полученное новым методом (слева) и традиционным УЗИ (справа).

Иллюстрация Zhang, Anthony et al. Light Sci Appl 8, 119 (2019).

Изображение мёртвых тканей свиньи, полученное новым методом (слева) и традиционным УЗИ (справа).

Иллюстрация Zhang, Anthony et al. Light Sci Appl 8, 119 (2019).

Инженеры разработали и испытали на людях первую технологию ультразвукового исследования (УЗИ), не требующую контакта кожи пациента со сканером. Кроме того, она устойчива к ошибкам оператора.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Light: Science and Applications группой из Массачусетского технологического института (MIT) во главе с Брайаном Энтони (Brian Anthony).

Кто из нас хоть раз в жизни не проходил процедуру УЗИ? Эта технология сканирования достаточно эффективна и не является дорогостоящей, а также, в отличие от рентгеновского просвечивания, безвредна (для сомневающихся отметим, что это было доказано в ходе многих исследований).

Однако существующие аппараты УЗИ требуют, чтобы элемент сканера касался тела пациента. А что делать, если нужный участок кожи травмирован или гиперчувствителен? К тому же качество обследования зависит от того, правильно ли оператор прижимает насадку к коже, а это возможный источник ошибок.

Технология, разработанная инженерами MIT, обходит эти проблемы остроумным образом. Ультразвук в ней генерируется не прибором, а самой кожей пациента.

Авторы используют лазер с длиной волны 1,55 микрометра (ближний инфракрасный диапазон). Излучение с этой длиной волны превосходно поглощается водой. Вода, входящая в состав человеческой кожи, не исключение. Поглощая электромагнитные волны, она нагревается и расширяется. В промежутках между импульсами лазера кожа вновь сжимается. Порции излучения, генерируемые этими колебаниями, выдаются с такой частотой, чтобы получалась ультразвуковая волна.

Это описание может звучать устрашающе. Но исследователи подчёркивают, что нужный уровень облучения абсолютно безопасен даже для глаз, не говоря уже о коже, пусть и травмированной или чувствительной.

Ультразвук проникает в организм пациента, отражаясь от различных тканей и вбирая в себя информацию о них, как и в обычном УЗИ. Отражённая волна возвращается на поверхность тела.

Кожу тем временем сканирует другой лазер. Улавливая её мельчайшие смещения, он считывает характеристики выходящего ультразвука на расстоянии.

Так и получается УЗИ, в котором механический контакт с кожей пациента не требуется ни чтобы направить в его организм ультразвуковую волну, ни чтобы зафиксировать результаты.

Изображение мёртвых тканей свиньи, полученное новым методом (слева) и традиционным УЗИ (справа).

Исследователи проверяли своё детище в несколько этапов. Сначала они поместили металлический предмет в желатиновую оболочку, по содержанию воды близкую к коже. Просканировав её стандартным УЗИ-зондом и своим методом, учёные обнаружили обнадёживающее сходство изображений.

Затем настал черёд тканей мёртвой свиньи. На этой стадии авторы убедились, что устройство позволяет различить границы между мышцами, жиром и костью.

Наконец, технология была испытана на людях. Нескольким здоровым добровольцам учёные просканировали предплечья на глубину около пяти сантиметров. Выяснилось, что границы между тканями различного типа достаточно хорошо видны на скане. По качеству такое обследование сопоставимо со стандартным.

Теперь авторы собираются усовершенствовать конструкцию, чтобы получить возможность сканировать более глубокие ткани и улучшить детализацию создаваемых изображений. Также они надеются сделать свой аппарат портативным.

"Я могу представить себе ситуацию, когда это [обследование] можно будет провести дома, – говорит Энтони. – Встав поутру, я смогу получить изображение моей щитовидной железы или артерий".

К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о том, как ультразвуковые линзы позволят изучать глубокие ткани, и о камере, "видящей" тело человека насквозь.