Как лазер может заменить ультразвук? Новое устройство для диагностики внутренних органов и тканей

Специалисты из США разработали новый тип медицинского сонографа — лазерное ультразвуковое устройство (NCLUS), которое делает снимки внутренних органов, кровеносных сосудов, мышечных тканей и сухожилий не только неинвазивно, но и бесконтактно. Кроме того, оно измеряет прочность костей и может использоваться для отслеживания хода заболеваний. Это открытие было опубликовано в журнале Science Advances.


Лазерное ультразвуковое устройство (NCLUS) работает по принципу фотоакустического эффекта — возникновения звуковых волн под действием лазерного излучения. Излучение может быть видимым или инфракрасным.

В состав комплекса NCLUS входит импульсный лазер, передающий оптическую энергию через воздух на поверхность кожи. Импульс вызывает мгновенное локальное повышение температуры и деформацию кожи из-за эффектов термоупругости, которые, в свою очередь, генерируют ультразвуковые волны. Оптический импульс передает достаточно ультразвуковой энергии на частотах, совместимых с современными аппаратами УЗИ, и не вызывает никаких неприятных ощущений на коже.

Ультразвуковые волны, возбужденные лазером, проходят через ткани тела и отражаются от различных типов клеток: жира, мускулов, кровеносных сосудов, костей. Эхо от этих волн создает снимок внутренностей, а особые режимы обработки данных позволяют построить изображения в двух или трех измерениях.

Лазерное ультразвуковое устройство (NCLUS) имеет ряд преимуществ перед традиционным методом УЗИ. Во-первых, оно позволяет получать высококачественные и точные изображения без контакта с кожей пациента. Это исключает возможность давления, трения или инфицирования кожи, а также изменения свойств тканей под действием датчика. Во-вторых, обеспечивает автоматизацию и воспроизводимость процесса сканирования. Благодаря использованию лазерного позиционирования и уникальных маркеров на коже, можно точно повторять снимки в одних и тех же условиях и сравнивать результаты сканирования.

Устройство существенно расширяет возможности диагностики и мониторинга заболеваний. Например, может измерять прочность костей и определять степень остеопороза или риска переломов. Также оно может использоваться для отслеживания хода заболеваний, таких как опухоли, воспаления или инфекции.

Ультразвуковая диагностика (УЗИ) — широко распространенный и безопасный метод исследования внутренних органов и тканей человека, который использует звуковые волны высокой частоты, невоспринимаемые ухом. УЗИ позволяет получать изображения различных структур тела, таких как сердце, печень, почки, сосуды, мышцы, суставы и т. д. При помощи ультразвокового исследования также можно измерять скорость и направление кровотока в артериях и венах, а также определять наличие или отсутствие патологических изменений в тканях.

Однако традиционный метод УЗИ имеет ряд недостатков и ограничений. Для проведения процедуры необходимо прижимать к коже пациента специальный датчик, который излучает и принимает звуковые волны. Это может вызывать дискомфорт, болезненность или риск инфицирования, особенно при обследовании чувствительных или поврежденных областей тела. Кроме того, качество и точность получаемых изображений зависят от многих факторов, таких как опыт оператора, давление датчика на кожу, угол обзора, свойства тканей и т. д. Все это не позволяет с достаточной уверенностью использовать снимки УЗИ для диагностики или мониторинга заболеваний.

Лазерное ультразвуковое устройство (NCLUS) представляет собой перспективную технологию для медицинской диагностики и терапии. Оно может применяться для обследования различных групп пациентов, которым традиционный метод УЗИ не подходит или не доступен. Например, оно может делать снимки больных с ожогами или травмами, с глубокими повреждениями тканей прямо в процессе операции, недоношенных детей, требующих интенсивного ухода, пациентов с травмами шеи и позвоночника, инфицированных заразными болезнями. Кроме того, новое устройство может использоваться в полевых условиях или в удаленных регионах, где нет доступа к стационарным аппаратам УЗИ.