Эндоскоп будущего смотрит в сосуды пациентов лазерным волокном

Изображение OFDI-эндоскопа в процессе исследования (иллюстрация с сайта massgeneral.org

Сотрудники центра фотомедицины Уэллмена (Wellman Center for Photomedicine) при Главном госпитале Массачусетса (Massachusetts General Hospital — MGH) разработали технику, позволяющую осматривать в микроскопическом масштабе внутренние поверхности органов. Интересно, что новая разработка может пригодиться не только для осмотра, скажем, пищевода, но и для обследования кровеносных сосудов.

По словам руководителя проекта Бретта Бума (Brett E. Bouma) из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology — MIT), иногда диагностика заболевания на ранних стадиях для медика часто сравнима с обнаружением иголки в стоге сена, особенно в тех случаях, когда необходимо провести микроскопический осмотр труднодоступных областей организма. Однако новая методика позволяет решить эту проблему.

Техника, которую разработали в MGH, называется оптическо-частотным доменным отображением (optical frequency-domain imaging — OFDI). Устройство представляет собой миниатюрный щуп, внутри которого находится тонкое оптическое волокно (диаметром меньше человеческого волоса). По нему передаётся лазерный луч, который фокусируется с помощью линзы и попадает на дифракционную решётку (с периодом тысяча штрихов на миллиметр).

Вверху: эндоскоп OFDI (в верхней части снимка) в сравнении с человеческим волосом (в нижней части). Для эндоскопа используется волокно толщиной от 80 до 250 микрометров. Внизу: наконечник эндоскопа; 1 — оптоволокно, 2 — линза, 3 — дифракционная решётка (иллюстрация D. Yelin et al.).

На дифракционной решётке луч разлагается на составляющие с разной длиной волны. Отражённые лучи регистрируются, и характер отражения каждого из них анализируется отдельно. В результате получаются детализированные снимки поверхностей, которые можно делать непрерывно в процессе передвижения этого миниатюрного эндоскопа.

Изображение, которое формируется прибором, очень чёткое — его разрешение превышает в десять раз разрешение самых точных современных миниатюрных эндоскопов. Однако главное преимущество OFDI в том, что с ним можно получать не только плоские, но и трёхмерные снимки. Дополнительное измерение формируется за счёт поворота кончика эндоскопа (вращение передаётся ему через специальный механизм).

Чтобы убедиться в работоспособности прибора, учёные MGH провели его апробирование на живых свиньях. На подробное сканирование поверхности пищевода протяжённостью в 4,5 сантиметра исследователи потратили не так уж мало — около 6 минут, — зато они смогли получить подробную картину со всеми структурными особенностями и рисунком кровеносных сосудов.

Снимок опухолевой ткани мыши, полученный с помощью OFDI (иллюстрация D. Yelin et al.).

Помимо этого исследователи провели осмотр коронарных артерий. Результаты осмотра (который проходил с теми же животными и также in vivo) сравнили с данными других обследований. В итоге оказалось, что с помощью OFDI можно вполне успешно проводить обследования такого рода — изображения, полученные этим методом, позволяют без проблем отличить здоровые ткани от повреждённых.

А видеозапись перемещения эндоскопа внутри сосуда можете посмотреть тут (файл AVI; 2 мегабайта) или тут (файл AVI; 1,13 мегабайта).

Обсуждая эффективность аппарата, исследователи заявляют, что ему можно найти применение, например, в диагностике рака пищевода на ранних стадиях. Они утверждают, что скоро будет применяться более мощная компьютерная обработка сигналов, и время осмотра уменьшится в шесть раз.

Изображение протезированной коронарной артерии у свиньи, полученное в ходе исследования с помощью OFDI. Крестиками отмечены отложения на внутренней поверхности сосуда (иллюстрация и фото Seok H. Yun et al.).

Другая область применения — это, конечно же, исследование кровеносных сосудов, в частности, для обнаружения на их внутренней поверхности бляшек, вызывающих повреждения вен и артерий, инфаркты и другие серьёзные проблемы.

Впрочем, энтузиасты из MGH не собираются останавливаться на диагностике, но и предлагают использовать OFDI в других сферах медицины. Ведь если по оптоволокну можно передавать слабый лазерный луч, то его вполне можно сделать и более мощным.

Прибор, модифицированный таким образом, может стать, к примеру, средством лазерной терапии опухолей. Перспектива реализации OFDI кажется Бретту Бума невероятно вдохновляющей: "Мы надеемся, — говорит он, — что медики получат надёжное средство диагностики и лечения, которое будет работать при минимальных вмешательствах в организм пациента".