Лазерное бесконтактное УЗИ впервые опробовали на людях

Американские ученые впервые получили результаты сканирования человеческих тканей с помощью бесконтактного лазерного ультразвукового исследования. Во время такого исследования лазер возбуждает ультразвуковые колебания на поверхности кожи, а затем лазерный виброметр регистрирует возвращенные из тканей колебания. Статья опубликована в журнале Light: Science & Applications.

Метод ультразвукового исследования (УЗИ) применяют для создания снимков внутренних органов человека без оперативного вмешательства или применения ионизирующих методов, такие как компьютерная томография и рентгенография, а также неионизирующих, но дорогих, такие как МРТ. В то же время, УЗИ имеет свои недостатки. Например, его точность в общем случае невысока, а главное, она вариативна и зависит от некоторых факторов, таких как сила, с которой врач прижимает датчик к телу.

Помимо контактных методов УЗИ есть также фотоакустические методы. Во время фотоакустического исследования поверхность ткани освещается лазерным лучом, который возбуждает колебания в ткани благодаря фотоакустическому эффекту. Однако в качестве приемника в этом методе обычно применяют пьезоэлектрический датчик, прислоняемый к коже. В качестве альтернативы этому методу ученые предлагали использовать полностью бесконтактный метод, в котором лазеры выполняют роли и возбудителя колебаний, и приемника обратного сигнала, однако лишь теперь этот метод опробовали на человеке.

Брайан Энтони (Brian Anthony) и со своими коллегами из Массачусетского технологического института использовали в качестве источника излучения лазер, излучающий свет с длиной волны 1540 нанометров, а в качестве приемника лазерный виброметр, использующий свет с длиной волны 1550 нанометров. Луч от источника, попадая на кожу, периодически нагревает ее и из-за этого вызывает расширение. Это, в свою очередь, создает периодические ультразвуковые колебания, распространяющиеся вглубь тканей. 

Одно из отличий этого метода от классического фотоакустического ультразвукового эффекта заключается в том, что свет почти не проникает вглубь ткани. Это позволяет сконцентрировать оптико-акустическое преобразование на поверхности кожи и тем самым увеличить амплитуду ультразвука, проникающего в тело.

Исследователи протестировали собранный ими из коммерчески доступных компонентов аппарат на нескольких объектах: томографическом фантоме, состоящем из желатина с металлическими деталями внутри, образце свиной брюшной ткани и, наконец, на человеке.

Авторы пригласили четырех добровольцев и использовали в качестве предмета исследования их предплечья, на которые проецировались лазерные лучи. В результате исследователям удалось получить изображения структуры предплечья, на которых различимы разные структуры: кожа, мышцы и кость. Сравнение с результатами, полученными классическим УЗИ показало, что расположение этих тканей совпадает на снимках, полученных обоими методами, что подтверждает работоспособность нового метода.

Ученые предлагают использовать УЗИ не только в медицинских целях, но и для обучения: ученые из Франции и Италии разработали систему, которая получает данные о движении языка с аппарата УЗИ и визуализирует их, что потенциальном может помочь изучать произношение в иностранных языкахю

Григорий Копиев