Поющий томограф

Создан прибор физиками Международного научно-учебного лазерного центра МГУ им. М.В.Ломоносова на основе двух давно известных явлений. Во-первых, раковая опухоль поглощает свет и тепло интенсивнее, чем здоровая ткань, в которой концентрация крови ниже, а кислорода содержится больше.

Кроме того, известно, что все тела при нагревании не только расширяются, но и издают звук. Вспомним, к примеру, как свистит кипящий чайник. Причем медленное нагревание порождает слабый звук. Быстрое - более сильный. А мгновенное дает мощную акустическую волну.

Так вот, "поющий томограф" практически мгновенно нагревает исследуемую ткань своим лазерным лучом: за сотую долю микросекунды - на одну десятую градуса. Поскольку в любой опухоли крови больше, чем в здоровых тканях, нагревается она сильнее. И звук, идущий из нее, получается мощнее в два-три раза. Его и улавливает сверхчувствительная акустическая система томографа. Это "электронное ухо" точно указывает местоположение опухоли.

Звуковой сигнал на экране компьютера превращается в картинку. Ярко желтое пятно в кроваво-красном обрамлении на черном фоне выглядит космическим пейзажем. Им можно даже любоваться, если не знать, что это снимок раковой опухоли. Он в сотни раз контрастнее, чем любое ее изображение, сделанное уже известными способами.

- Это общий принцип действия прибора, - объясняет руководитель проекта, доктор физико-математических наук Александр Карабутов. - В реальности томография проходит в два приема. Сначала лазерный луч определенной длины волны сканирует грудь пациентки. Пока это лишь поиск неоднородностей. Если томограф "слышит" резкое усиление звука, значит, найдено подозрительное место. Но что это? Злокачественное или доброкачественное образование? Мы переключаем прибор на другую волну, которая проверяет кровь в найденной опухоли на уровень содержания кислорода. Если оно меньше нормы - это рак. О чем и сообщает томограф. Он снова "поет", но уже "не своим голосом": тембр существенно меняется. А вот если концентрация кислорода выше нормы, то и тембр звука совершенно иной. Это, скорее всего, лишь мастопатия.

Обработать акустические сигналы сможет обыкновенный лаборант. И уже через несколько минут получить на экране компьютера изображение опухоли - если она, конечно, есть - размером от 2 миллиметров на глубине до 7 сантиметров. А также выяснить - доброкачественная она или нет. Все это совершенно без вреда для пациента. И безболезненно. Вот в этих "четыре в одном" и состоит уникальность "поющего томографа".

Для сравнения, тот же рентген или нейтронозахватные технологии диагностики, как и любое радиоактивное облучение, небезвредны даже для здорового человека. А современные средства, например, оптической диагностики позволяют определить опухоль не меньше пяти миллиметров. Притом что рак молочных желез, который еще не дает метастаз, это всего три миллиметра. Такую "песчинку" различить оптическим методом тем более трудно, если она залегла на глубине, например, шести сантиметров. Ведь луч должен пройти сквозь всю женскую грудь - туда и обратно. А это - среда, рассеивающая свет. На пути туда он рассеивается в миллион раз, обратно - тоже в миллион. А вот звук не претерпевает каких-либо серьезных искажений. Поэтому оптический сигнал, преобразованный в акустический, дает гораздо более высокую диагностическую точность.

Только что удостоенная Нобелевской премии ядерно-магнитная томография при абсолютной безвредности дает трехмерное изображение опухоли, залегающей на любой глубине. Но и у нее есть весьма существенный недостаток: то, что хорошо для исследований мозга, дает сбои при маммографии. Исследование на ЯМТ длится двадцать минут: пациентка дышит, кровь пульсирует, меняется и ее концентрация, и уровень содержания кислорода. Картинка получается со значительными искажениями. Случается, что по ядерно-магнитной томограмме ставят диагноз - рак, но затем биопсия дает отрицательное заключение.

- Да, мы получаем только двумерное изображение, - говорит Александр Карабутов, - зато практически без искажений. Ведь за треть секунды слишком сильных физиологических изменений в исследуемой ткани не происходит. Наш томограф не заменяет все известные, он дополняет их.

Пока "поющий томограф" существует лишь в лабораторном варианте. И все же на нем уже исследовали два десятка добровольцев с подозрениями на злокачественную опухоль. Прибор ни разу не ошибся. А с одной из женщин вышла такая история. То, что у нее рак, указывали различные анализы. Но где он скрывается, не могли выявить никакими известными способами. Оказалось, за силиконовым имплантантом. О чем и сообщил лазерный оптико-акустический томограф.