На сьогоднішній день існує безліч методів і пристосувань, які використовують лікаріДля сканування
Рентгенографія є найпоширенішимметодом аналізу стану кісток, внутрішніх органів, і навіть для діагностики раку молочної залози. Коли рентгенівські промені проходять через тіло людини, енергія від них поглинається різними частинами тіла із різною швидкістю. Детектор на протилежному від апарату боці фіксує цю швидкість і перетворює дані на зображення.
Частини тіла, через які промені проходятьповільніше, наприклад, кістки, на знімку відображаються білим кольором, а менш щільні (наприклад, внутрішні органи) мають темний відтінок. Під час рентгенографії пацієнт наражається на незначне радіаційне опромінення протягом частки секунди — саме по собі воно не становить небезпеки для здоров'я. Однак повторне опромінення може призвести до перевищення допустимої частки радіації і, як наслідок, завдати шкоди здоров'ю пацієнта.
Інший вид діагностики стану внутрішніхорганів та тканин - комп'ютерна томографія - використовується для визначення форми та розміру пухлин, пошкоджень кісток, моніторингу стану судин та інших захворювань.
Перед скануванням пацієнта в шлунок, кров абокишечник вводиться барвник, який дозволяє зробити знімок контрастнішим і, як наслідок, підвищити його якість. Під час процедури пацієнт зазвичай лежить спиною на плоскому ліжку, яке засувається всередину кільця комп'ютерного томографа.
КТ - безпечна процедура, однак існуєймовірність виникнення алергії на барвник у пацієнта. Крім того, при цьому виді обстеження пацієнт піддається впливу рентгенівського випромінювання. Передбачається, що опромінення під час КТ може трохи збільшити шанси розвитку раку через багато років, хоча вважається, що цей ризик дуже малий (менше 1 на 2 000).
Магнітно-резонансна томографія (МРТ)передбачає приміщення людини всередину металевого циліндра і спирається застосування принципу ядерного магнітного резонансу, що дозволяє вимірювати різницю між збудженими атомами водню в різних областях досліджуваної зони. Цей вид томографії найбільш ефективний при дослідженні м'яких тканин - наприклад, спинного та головного мозку, а також порожнистих внутрішніх органів, таких як передміхурова залоза, пряма кишка, матка.
Позитронно-емісійна томографія (ПЕТ) заснованана радіонуклідному дослідженні тканин та органів і є одним із найпоширеніших методів діагностики різних онкологічних захворювань.
Найбезпечніший на сьогоднішній день методсканування - ультразвуковий, або УЗД. У ультразвукових хвиль, що використовуються під час процедури, немає жодних відомих побічних ефектів — на відміну від КТ, МРТ та рентгена, при яких пацієнт піддається впливу радіації.
Однак УЗД має суттєве обмеження — для роботи апарату його необхідно притиснути до шкіри пацієнта, що неможливо в деяких випадках, наприклад, при сильних опіках.
Що придумали вчені?
У статті, опублікованій у журналі Light:Science and Applications, інженери з MIT описали систему, яка імітує можливості ультразвукового апарату, але використовує лазери, що дозволяють проводити сканування на відстані півметра від пацієнта.
На відміну від рентгенівського випромінювання, лазери нестановлять жодної небезпеки для здоров'я пацієнта навіть при багаторазовому опроміненні. Використані в системі лазери мають довжину хвилі 1550 нм - такі хвилі поглинаються водою і завдають не більше шкоди, ніж якщо світити на шкіру людини лазерною указкою.
Оскільки шкіра в основному складається з води,лазерне випромінювання поглинається молекулами води і призводить до їх розширення. Це розширення і стиснення молекул контролюється імпульсним лазерним пучком, який створює стійкі коливання - звукові хвилі, подібні до тих, що виникають на поверхні динаміка у відповідь на електричні сигнали. Потім ці звукові хвилі поширюються по всьому тілу пацієнта - так само, як і звукові хвилі від звичайного УЗД-апарату.
Нова система ультразвукового сканування
В апараті для УЗД звукові хвилі, що повернулися, захоплює мікрофон, в новій системі його функцію виконує приймаючий лазер, який служить чутливим детектором руху.
Оскільки звукові хвилі взаємодіють зрізними типами тканин у міру проникнення в тіло, вони приходять в норму з різною інтенсивністю і частотою. Крім того, звукові хвилі створюють вібрації на поверхні шкіри, які можна виявити і виміряти. Ці виміри потім обробляються за допомогою програмного забезпечення і алгоритмів, як результат - зображення того, що знаходиться всередині тіла пацієнта.
Порівняння зображення УЗД (ліворуч) із зображенням нової системи (праворуч)
Новий метод має недоліки?
У ході першого етапу тестування дослідникивикористовували нову установку для сканування металевих предметів, поміщених у сферичну форму з желатину. Візуалізувавши дані з використанням комерційного ультразвукового зонда, вчені виявили, що обидва отримані в ході випробувань зображення були схожі.
Потім вчені просканували м'які тканини тварині прийшли до висновку, що лазерне ультразвукове дослідження здатне розрізняти більш тонкі особливості, ніж звичайне УЗД: кордон між м'язами, жиром і кісткою.
На третьому етапі дослідники провелиексперимент на групі добровольців. Просканувавши передпліччя кількох здорових людей, автори розробки прийшли до висновку, що система добре визначає межі жиру, м'язів і тканин. Вони були добре видно і можна порівняти з зображеннями, отриманими за допомогою комерційних контактних ультразвукових датчиків.
Дослідники також виявили ряд недоліків уроботу системи. По-перше, як і у випадку з традиційним ультразвуковим дослідженням, лазери здатні проникати в тіло пацієнта на глибину всього 6 см під поверхню шкіри — точніше лікарі не можуть побачити внутрішні органи і кістки, розташовані на більшій глибині.
По-друге, точність зображення, яке дозволяють отримати лазери, поки нижче, ніж у УЗД. Дозволи знімків поки недостатньо, щоб виявляти захворювання з імовірністю, близькою до 90%.
Зображення з нової системи ультразвукового сканування
Наразі вчені працюють над розширенням можливостей системи, у тому числі над підвищенням дозволу зроблених з її допомогою знімків.
Наступний крок - зменшити розмір обладнання ізробити як сканування, так і обробку зображень портативними. За словами вчених, це особливо важливий крок - дистанційне сканування тіла дозволить проводити процедуру без участі висококваліфікованого фахівця. Іншими словами, пацієнти зможуть проводити процедуру самостійно в домашніх умовах.
Що не так з розробкою?
Як це не дивно, відсутність будь-якогонегативного ефекту для здоров'я пацієнта може стати проблемою нового методу сканування. На відміну від рентгенологічного обстеження, проведення якого можна визначити по незначного підвищення радіаційного фону людини, дистанційне ультразвукове дослідження не залишає ніяких слідів. Це дозволить отримати дані про здоров'я людини без його відома - просто просканувавши його з відстані в півметра. Сама людина про це, швидше за все, ніколи не дізнається.
Це припущення звучить як наукова фантастика,однак якщо вченим вдасться створити портативний прилад для дистанційного сканування, воно може стати реальністю. Дані про здоров'я людини гіпотетично можуть бути цікаві банкам і страховим компаніям, а також компаніям, які навчають штучний інтелект або збирають датасета.