Сделать УЗИ, не касаясь тела

Американские ученые из Массачусетского технологического института (МТИ) впервые использовали лазер для получения ультразвуковых изображений тела человека. Это важное достижение, так как используемая ими технология может помочь дистанционно получить изображение и оценить состояние здоровья младенцев, пострадавших от ожогов, а также людей, получивших ранения в результате несчастных случаев в труднодоступных местах.

Обычное ультразвуковое исследование требует контакта с телом пациента и, хотя оно обычно считается неинвазивным, оно может быть не идеальным в ситуациях, когда зонд должен касаться ожогов, младенцев или других пациентов с чувствительной кожей. В докладе также отмечается, что контакт с ультразвуковым зондом вызывает значительную вариабельность изображения, что является серьезной проблемой в современной ультразвуковой визуализации.

Инженеры МТИ придумали альтернативный метод, который не требует контакта с телом, чтобы "заглянуть" внутрь пациента. Новая методика лазерного ультразвука использует безопасную для глаз и кожи лазерную систему для удаленного получения изображения внутри тела человека. При испытаниях на коже пациента один лазер дистанционно генерирует звуковые волны, которые отражаются от тела. Второй лазер, также находящийся на расстоянии, обнаруживает отраженные волны, которые исследователи затем переводят в изображение, похожее на обычное ультразвуковое исследование.

В статье, опубликованной в журнале Light: Science and Applications, команда МТИ отмечает, что они сканировали предплечья нескольких добровольцев и наблюдали общие черты тканей, такие как мышцы, жир и кости, вплоть до 6 сантиметров под кожей. Эти изображения, которые они сравнивали с данными обычного УЗИ (см. рис.), были получены с помощью лазеров, сфокусированных на добровольце с расстояния в полметра.

Концепция использования лазера в ультразвуковом исследовании не нова. Ранее этот метод изучали в области, известной как фотоакустика. Только вместо того, чтобы посылать звуковые волны в организм, ученые попробовали с помощью импульсного лазера посылать свет на определенной длине волны, которая проникает в кожу и поглощается кровеносными сосудами. Проблема в том, что эта технология по-прежнему требует детектора, находящегося в прямом контакте с телом, и свет может проникать в кожу только на небольшое расстояние, прежде чем исчезнет.

Так как звуковые волны способны глубже проникать в тело, чем свет, ученые МТИ разработали способ преобразования света лазерного луча в звуковые волны на поверхности кожи для того, чтобы получить изображение тканей, находящихся глубже в теле. Они выбрали лазеры с длиной волны 1550 нм, излучение которых сильно поглощаются водой (и безопасно для глаз и кожи. Поскольку кожа, по существу, состоит из воды, она должна эффективно поглощать этот свет, при этом нагреваясь и расширяясь. При возврате к своему нормальному состоянию кожа сама должна производить звуковые волны, которые распространяются через тело.

Ученые протестировали эту идею с помощью лазерной установки, используя один импульсный лазер для генерации звуковых волн, и второй лазер непрерывного действия, настроенный на ту же длину волны, для удаленного обнаружения отраженных звуковых волн. Этот второй лазер является чувствительным детектором движения, который измеряет вибрации на поверхности кожи, вызванные звуковыми волнами, отраженными от мышц, жира и других тканей. Движение на поверхности кожи, вызванное отраженными звуковыми волнами, вызывает изменение частоты лазера, которая может быть измерена.