Libmonster ID: UA-1838

 Доктор физико-математических наук А. А. КАРАБУТОВ, Международный лазерный центр МГУ им. М. В. Ломоносова

Ежегодно в России более 400 тыс. человек заболевают раком. Несвоевременная постановка диагноза этого заболевания приводит к тому, что во многих случаях злокачественные новообразования обнаруживаются на 3 - 4 стадиях, когда требуется дорогостоящее комбинированное лечение, которое, к сожалению, несмотря на усилия врачей, часто не дает положительного результата. Масштаб проблемы диктует поиск эффективных средств ранней диагностики, доступных большинству населения страны. И речь идет прежде всего об использовании в медицине лазерных информационных технологий.

стр. 18


Обнаружение у пациента рака на первой и второй стадиях (еще до метастазов), экстренно начатое лечение позволяют полностью восстановить работоспособность больного. Оптимистический прогноз услышали бы и многие женщины, у которых выявлен рак молочной железы. Вероятность его возникновения увеличивается с возрастом, вот почему в США, например, каждой женщине старше 40 лет рекомендуют ежегодно проходить маммологическое (как правило, рентгенологическое) обследование. Однако при этом выявляют опухоли размером не менее 5 - 10 мм на глубине до 30 мм. Возможности ультразвукового метода сопоставимы: минимальный размер диагностируемой опухоли - 5 - 6 мм на глубине 25 - 30 мм. Правда, в отличие от рентгенографии, УЗИ не сопровождается ионизирующим излучением, вредно воздействующим на здоровые ткани, но для скрининга (массовое обследование населения) не используется. Что же касается ядерно-магнитно-резонансной томографии (ЯМРТ), которая в последнее время находит все более широкое применение в медицине, то с ее помощью можно получить трехмерное изображение опухоли, залегающей на любой глубине. Но, к сожалению, ЯМРТ - слишком дорогая диагностика, да и времени на обследование больного требуется очень много.

Иное дело предлагаемая нами лазерная оптико-акустическая томография (ЛОАТ). Этот подход не отрицает уже существующие методы, становится важным дополнением к ним, а в перспективе, как мы надеемся, выйдет в число ведущих. Он позволяет получать оптические "снимки" (аналог биопсии) исследуемой ткани. Для них характерны высокое пространственное разрешение, наличие контраста здоровой и патологической тканей, в десятки раз превышающего разность яркости фона и рака, достижимую с помощью рентгеновской, ультразвуковой или магнитно-резонансной томографии. Кроме того, использование соответствующего излучения на нескольких длинах волн дает возможность не только визуализировать неоднородности, но и собирать количественную информацию, например, о концентрации крови в ткани и степени ее оксигенации, т.е. насыщения кислородом. С помощью нового метода, в отличие от уже существующих, можно обнаруживать и диагностировать новообразования на самых ранних стадиях (при размере менее 3 мм) и больших глубинах (до 70 мм). Другие его достоинства - отсутствие ионизирующего излучения и работа в реальном времени при значительной частоте обновления кадра. По стоимости ЛОАТ вполне конкурирует с ультразвуковыми сканерами, обеспечивая при этом более высокий контраст (в 20 - 50 раз).

Концепция ЛОАТ родилась в России. Однако обстоятельства сложились так, что в 1983 г. она была запатентована в США, здесь же получено разрешение на ее медицинское применение (1997 г.). Что же касается ключевых технических идей, то часть из них удалось реализовать в 1998 - 2001 гг. во время работы груп-

Схема обследования молочной железы с помощью лазерного оптико- акустического томографа.

стр. 19


пы отечественных ученых, в которую входил и автор данной статьи, в Университете штата Техас. Первые же клинические испытания в госпитале города Галвестон (было обследовано 20 пациенток) убедили специалистов в высокой эффективности предложенного метода. Например, у одной женщины никак не удавалось установить местоположение опухоли. С помощью нашего томографа его обнаружили на силиконовом импланте. Тот же аппарат не ошибся и в 19 других случаях.

В 2002 г. руководители Российского фонда фундаментальных исследований и Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере решили совместно профинансировать проект создания ЛОАТ. Клинические испытания опытного образца предполагается провести в Московском научно-исследовательском онкологическом институте им. П. А. Герцена, Маммологическом центре Научного центра рентгенологии, Центре медицинской диагностики МГУ. Следующие этапы - получение разрешения Минздрава РФ на клиническое применение прибора и организация его производства на московском Научно-производственном предприятии "Антарес", имеющем богатый опыт разработки и выпуска разнообразного медицинского оборудования в кооперации с Институтом проблем лазерных информационных технологий. Каковы же особенности нового метода томографии? Известно, что здоровая и пораженная опухолью ткани поглощают свет по-разному. Объясняется это тем, что в последнем случае концентрация крови в ткани, как правило, выше (соответственно - выше и поглощение света). Эта ткань под воздействием лазерного импульса нагревается сильнее. Неоднородность распределения температуры сопровождается неравномерностью давления в данном объеме, что приводит в движение среду, а механическая разгрузка реализуется излучением акустической волны. Итак, чем быстрее нагрев, тем сильнее звук (наглядный пример - булькающий и свистящий чайник в момент кипения). Амплитуда акустической волны прямо зависит от скорости повышения температуры. Допустим, вы, стреляя коротким лазерным импульсом, т.е. почти мгновенно, нагреваете тело на 0,2°С. При этом возбуждается волна с амплитудой в 1 атм. Впрочем, в оптико- акустической томографии применяют нагрев гораздо меньшей интенсивности (можно зарегистрировать сигнал при температуре до 10 мкК). Этого достаточно, чтобы произвести акустическую волну в несколько паскалей, т.е. в 10 - 5 атм.

Поскольку опухоль нагревается сильнее, то и звук от нее мощнее в 2 - 3 раза, чем от здоровой ткани. Снять и одновременно обработать весь объем информации (измерение идет в десятках точек) нужно за доли секунды в реальном масштабе времени. Для выполнения столь сложной задачи в нашем лазерном центре разработаны и изготовлены многоэлементные фокусированные пьезоэлектрические антенны с многоканальными зарядовыми предусилителями и аналого-цифровыми преобразователями, каких в мире нет. Звуковой сигнал, идущий от

Оптико-акустическое изображение злокачественной опухоли на экране монитора.

стр. 20


ткани, принимается, оцифровывается и уже затем выводится на экран центрального компьютера. Получаемый "снимок" опухоли чрезвычайно четок; настолько высока степень его контрастности, что расшифровка картинки вполне по силам не только врачу, но и лаборанту. Более того, обследование можно вести в автоматическом режиме.

По предположениям, метод позволяет повысить результативность диагностических осмотров, поскольку контраст изображения здоровой и патологической тканей, получаемый с помощью ЛОАТ, как упоминалось, в десятки раз превышает контраст, достижимый другими методами томографии.

Известно также, что световые волны чрезвычайно сильно рассеиваются в биологических тканях. Получить четкий снимок опухоли размером менее 5 мм в молочной железе на глубине 60 мм невозможно, поскольку пучок света, проходя на такую глубину, рассеивается, а двигаясь в обратном направлении - ослабевает еще сильнее. К слову сказать, сегодня западными учеными предложен ряд оптических методов неинвазивной биопсии, однако они еще не вышли за рамки клинических испытаний и не обеспечивают высокого, хотя бы в 1 мм, разрешения на глубинах более 10 мм. А вот акустический сигнал, возбуждаемый при поглощении лазерного импульса, не гасится и не подвергается большим искажениям. Поэтому и изображение опухоли в данном случае получается более четким. Но возникает вопрос: каким же образом выяснить характер обнаруженного новообразования, т.е. определить - злокачественная эта опухоль или доброкачественная? Ответ можно найти, измерив степень оксигенации. В первом случае характерно понижение ее уровня, а вот если он превышен, то, скорее всего, речь идет о доброкачественном новообразовании.

Чисто технически обследование проходит в два этапа, хотя их разделяют буквально секунды. На первом - исследуемую ткань облучают импульсом лазера на александрите (определяется содержание крови в тканях). При обнаружении подозрительной неоднородности - это уже второй этап - с помощью твердотельного лазера с высокой частотой повторения импульсов уточняется уровень оксигенации, а следовательно, характер образования.

Новый метод диагностики позволяет получить двумерные томограммы в реальном времени.

Маммография - не единственно возможная область применения ЛОАТ Эксперименты подтверждают: ее использование эффективно также при диагностике меланом (врачи сегодня испытывают трудности при диагностике этого вида рака стандартными методами), при картировании сосудов в ходе проведения сложных хирургических операций, а также при контроле за распространением в органах контрастных агентов, например, при фотодинамической терапии.


© elibrary.com.ua

Permanent link to this publication:

https://elibrary.com.ua/m/articles/view/Проблемы-Поиск-Решения-ЛАЗЕРНАЯ-ОПТИКО-АКУСТИЧЕСКАЯ-ТОМОГРАФИЯ-РАКА

Similar publications: LRussia LWorld Y G


Publisher:

Григорий ГалушкоContacts and other materials (articles, photo, files etc)

Author's official page at Libmonster: https://elibrary.com.ua/Galushko

Find other author's materials at: Libmonster (all the World)GoogleYandex

Permanent link for scientific papers (for citations):

Проблемы. Поиск. Решения. ЛАЗЕРНАЯ ОПТИКО-АКУСТИЧЕСКАЯ ТОМОГРАФИЯ РАКА // Kiev: Library of Ukraine (ELIBRARY.COM.UA). Updated: 18.06.2014. URL: https://elibrary.com.ua/m/articles/view/Проблемы-Поиск-Решения-ЛАЗЕРНАЯ-ОПТИКО-АКУСТИЧЕСКАЯ-ТОМОГРАФИЯ-РАКА (date of access: 01.12.2021).


Comments:



Reviews of professional authors
Order by: 
Per page: 
 
  • There are no comments yet
Related topics
Publisher
Григорий Галушко
Portland, United States
702 views rating
18.06.2014 (2723 days ago)
0 subscribers
Rating
0 votes
Related Articles
А вообще весь этот кейс с комиками во власти заставил понять, что киношный сценарий разительно отличается от реальной большой политики, где побеждает трезвый, незамутненный запрещенными веществами ум, холодный расчет и опыт – как обязательные составляющие личности, дерзающей определять путь миллионов человек.
Catalog: Разное 
23 hours ago · From Naina Kravetz
Когда менять резину на зимнюю в 2021 году?
Yesterday · From Україна Онлайн
Запрещает ли PayPal азартные игры?
Catalog: Экономика 
3 days ago · From Україна Онлайн
IN THE INTERESTS OF ENERGY STABILITY
7 days ago · From Україна Онлайн
Аварии на топливе Westinghouse случались и ранее, начиная с 1979 года, когда произошла крупнейшая в истории США авария на АЭС Три-Майл-Айленд, в результате которой зафиксировано расплавление 50% активной зоны реактора. Далее Westinghouse делала попытки торговать с Чехией, однако опасные эксперименты по замене оригинального топлива окончились досрочной его выгрузкой из 1-го энергоблока АЭС Темелин в январе 2007 года, по причине его сильной деформации. Вышедшие из строя вэстингхаусовские тепловыводящие сборки на 3-м энергоблоке Южно-Украинской АЭС были в экстренном порядке заменены на стандартные ТВЭЛовские.
Catalog: Экология 
8 days ago · From Naina Kravetz
HISTORY OF ROADS AND GROUND TRANSPORT ACCORDING TO ARCHEOLOGICAL DATA
Catalog: История 
10 days ago · From Україна Онлайн
BASIC UNIT FOR THE AMERICAN ACCELERATOR
11 days ago · From Україна Онлайн
TRANSITION TO CONTROLLED EVOLUTION OF THE BIOSPHERE
Catalog: Биология 
11 days ago · From Україна Онлайн
DEVONIAN PALEOSOILS OF THE ANDOMA MOUNTAIN
11 days ago · From Україна Онлайн
Безопасно ли брать кредит в Интернете?
Catalog: Экономика 
12 days ago · From Україна Онлайн

Actual publications:

Latest ARTICLES:

ELIBRARY.COM.UA is an Ukrainian library, repository of author's heritage and archive

Register & start to create your original collection of articles, books, research, biographies, photographs, files. It's convenient and free. Click here to register as an author. Share with the world your works!
Проблемы. Поиск. Решения. ЛАЗЕРНАЯ ОПТИКО-АКУСТИЧЕСКАЯ ТОМОГРАФИЯ РАКА
 

Contacts
Watch out for new publications: News only: Chat for Authors:

About · News · For Advertisers · Donate to Libmonster

Ukraine Library ® All rights reserved.
2009-2021, ELIBRARY.COM.UA is a part of Libmonster, international library network (open map)
Keeping the heritage of Ukraine


LIBMONSTER NETWORK ONE WORLD - ONE LIBRARY

US-Great Britain Sweden Serbia
Russia Belarus Ukraine Kazakhstan Moldova Tajikistan Estonia Russia-2 Belarus-2

Create and store your author's collection at Libmonster: articles, books, studies. Libmonster will spread your heritage all over the world (through a network of branches, partner libraries, search engines, social networks). You will be able to share a link to your profile with colleagues, students, readers and other interested parties, in order to acquaint them with your copyright heritage. After registration at your disposal - more than 100 tools for creating your own author's collection. It is free: it was, it is and always will be.

Download app for smartphones