1880 m., tik ką išradęs telefoną, Aleksandras Bellas eksperimentavo naudodamas šviesą garsui perduoti. Jo sukurtas „fotofonas“ yra šiuolaikinių šviesolaidinių ryšių pirmtakas. A.Bellas pastebėjo, kad, ant guminio lakšto šviečiant saulės spinduliams, sklinda garsas. Tai pirmasis fotoakustinio efekto demonstravimas.
Susidomėjimas šiuo reiškiniu, kuris atsiranda tada, kai medžiagos sugeria šviesą ir skleidžia garso bangas, toliau domėjosi Lordas Rayleigh’as ir Wilhelmas Röntgenas (kuris atrado rentgeno spinduliuotę). Tačiau tuomet išsamesni tyrimai nuslūgo.
Per pastaruosius 25 metus fizikai ir inžinieriai vis daugiau dėmesio skiria fotoakustiniam vaizdinimui – šį kartą tam, kad sukurtų technologijas, skirtą tikslesnei vėžio diagnostikai ir gydymui.
Efektyvesnis ir saugesnis metodas
Šiuo metu naudojamos diagnostikos technologijos turi savų trūkumų. Pavyzdžiui, rentgeno įranga yra gana pigi ir lengvai eksploatuojama, bet žmogaus kūnas švitinamas sveikatai pavojinga spinduliuote. Ultragarsas yra saugus, tačiau trūksta jautrumo. Rentgeno mamografija laikoma vienintele pakankamai jautria technika, tačiau vis vien reikia papildomų tyrimų (pavyzdžiui, biopsijos) pirminei diagnozei patvirtinti arba paneigti. Be to, šis metodas ne visada efektyvus moterims, kurių krūtų audinys yra tankesnis.
Todėl kuriamos visiškai naujos technologijos, kurios neturėtų šių trūkumų. Viena jų – nauja hibridinė technika – fotoakustinis vaizdinimas. Paprastai tariant, ši technika sujungia du metodus – ultragarso ir optinį vaizdinimą. Nors žmogaus kūnas yra nepralaidus šviesai, mokslininkai suranda būdų, kaip panaudoti nepavojingą matomą šviesą tam, kad pamatytume, kas vyksta mūsų kūno viduje.
Procedūros metu labai trumpais lazerio impulsais šildomas audinys, todėl jo molekulės išsiplečia. Tai sukuria ultragarso bangas, kurių „klausosi“ specialus ultragarso jutiklis, taip gaunami itin išsamūs audinių vaizdai. Kadangi skirtingos ląstelės skirtingai atspindi šviesą, taip galima nustatyti, kokio tipo ląstelės sudaro piktybinį darinį.
Jau įrodyta, kad fotoakustinis vaizdinimas itin efektyvus diagnozuojant krūties navikus (taip pat – skirtingus jų tipus), odos vėžį, skydliaukės mazgelius, osteoartritą ir reumatoidinį artritą, bet ir ankstyvas kraujagyslių ir kt. ligas. Šis tyrimų metodas yra neinvazinis ir visiškai nekenksmingas organizmui, todėl gali būti atliekamas pakartotinai neribotą kiekį kartų, nesukeliant jokių fizinių nepatogumų.
Fotoakustinis vaizdinimas kartu su ultragarsu ir naudojant kontrastines medžiagas gali aptikti vėžį ląstelių ir molekuliniu lygmeniu. Vadinasi, aptikti organizme cirkuliuojančias naviko ląsteles ir nustatyti metastazavusius limfmazgius.
Įdomu tai, kad fotoakustinis vaizdinimas mokslininkų jau išbandomas ne tik diagnostikai, bet ir vėžio gydymui. Ateityje šis metodas gali padėti chirurgams tiksliau identifikuoti ir pašalinti piktybinius navikus iš pirmo karto.
Tikslas – kuo ankstyvesnė krūties vėžio diagnostika
Krūties vėžys yra antras pagal dažnumą vėžys pasaulyje, vien 2018 m. pareikalavęs 627 tūkst. gyvybių. Dėl tobulėjančio gydymo ir diagnostikos skaičiai kasmet mažėja, todėl daugybė specialistų ieško dar efektyvesnių ir pigesnių būdų.
PAMMOTH (angl.: Photoacoustic Mammoscopy for evaluating screening-detected lesions in the breast) yra ES finansuojamas konsorciumas, kurį sudaro 9 nariai. Jo tikslas – sukurti naują diagnostikos aparatą, skirtą nustatyti krūties vėžiui ankstyvose stadijose. O šiam projektui lazerius kuria Lietuvos lazerininkai „Ekspla“.
PAMMOTH kuriamas aparatas beveik iš karto radiologui pateiks visos krūties erdvinius vaizdus. Sistema apjungia dvi tyrimų technologijas: neinvazinį erdvinį fotoakustinį vaizdinimą ir ultragarsinį vaizdinimą. Ultragarsinis režimas radiologui padės nustatyti auglio anatomines savybes, o fotoakustinis vaizdinimas – piktybiniams dariniams būdingas naujai susiformavusias kraujagyslių struktūras.
„Prietaisas yra unikalus, nes gali aptikti krūties vėžį labai ankstyvoje stadijoje, be to, yra visiškai neinvazinis. Juo bus galima aptikti tipinį besiformuojantį naviko kapiliarinį tinklą. Vėžiniai dariniai susiformuoja savo maitinimo sistemą iš smulkių kapiliarų. Galima stebėti kapiliarų, o kartu ir vėžinio darinio vystymąsi. To šiandien neleidžia dabartinės tyrimų priemonės, arba jos yra labai brangios“, – sako „Eksplos“ industrinių lazerių programų vadovas Aldas Juronis.
„Ekspla“ projektui sukūrė „PhotoSonus“ serijos lazerių šaltinius, kurie tiks bet kuriai fotoakustinio vaizdinimo sistemai, skirtai tirti įvairius audinius, o taip patir kitas medžiagas.
Anot A.Juronio, pirmasis aparato su „Eksplos“ lazeriniu šaltiniu prototipas jau yra pagamintas ir pradėti klinikiniai tyrimai Nyderlanuose. Ligoninėse jis, idealiu atveju, galėtų pasirodyti maždaug po poros metų.
