Ультразвуковая гистоскопия

Нами разработан метод не инвазивной диагностики, ультразвуковая гистоскопия

Принцип заключается в том, что ультразвуковые волны, прошедшие отраженные или рассеянные отдельными участками объекта, изменяют свои характеристики (амплитуду, фазу и т.д.), в зависимости от вязкоупругих свойств в той или иной точке образца. Эти различия позволяют получать акустические изображения образца на экране дисплея. В нашем УЗ- сканере ультразвуковые волны определенной конфигурации и мощности перемещаются по объекту изображение которого воссоздается по точкам, в виде своеобразного растра. Так как УЗ волны распространяются в непрозрачных средах, акустический сканер выстраивая 3х мерный растр позволяет увидеть их внутреннюю структуру, что не возможно сделать обычным УЗ –аппаратом. Сканер, применяемый в нашем устройстве имеет специфическую геометрию, которая и позволяет построить растр в трехмерном варианте. Это позволит нам видеть мельчайшие детали тканей в норме и патологии (любой), в динамике и в статике. Распространение звука определяется плотностью, упругостью, вязкостью живого вещества. Нам известно, что организм анизотропный объект с измененными и изменяющимися структурами. В зависимости от степени изотропии тканей ( иногда и клеток) появляется та или иная патология. Поэтому, регистрируя изменение сигнала после прохождения через ткани или отражение от их поверхности, мы получаем информацию о механических и структурных свойствах объекта. Этот метод не повреждает ткани и их структуру. При использовании этого способа нет необходимости вводить контрастные вещества в организм и экспонировать их. Этим способом можно производить не только диагностику, но и дифференциальную диагностику опухолевых, деструктивных, дистрофических и т.п. нарушений в тканях, без дополнительных исследований (мучительной пункционной биопсии, контрастных исследований, томографии и т.д.). Этим же способом можно наносить информацию на носители, используемые в информационной медицине. Причем вводимая на носитель 3х мерная информация, более полноценная, чем существующая, записываемая на 2х мерные носители. Применение принципа – анизотропизации тканей, позволит создать принципиально новые устройства для патогенетического лечения многих болезней. Внедрение этих устройств улучшит и ускорит лечение многих болезней в т.ч. и рака без применения фармакологических препаратов и многочисленных приборов основанных на волновых принципах (УВЧ, УФО, МГТ, КВЧ, и т.д.). Преимущества этого способа перед другими у нас не вызывает никакого сомнения. Эта уверенность основана на теории автора об изотропизации тканей во время патологии, и доказана практическими результатами лечения рака и других неизлечимых заболеваний.

Результаты испытаний по сдвиговым волнам на образцах кости.

Образцы спонгиозной кости получены распиливанием головки бедренной кости от коровы. Размер примерно 18х27х40мм. Изготовлено 2 образца – 1. из периферийного слоя (более плотный и твердый); 2. из центральной зоны (менее плотный и менее твердый при пилении)

Оказалось, что затухание в спонгиозной кости довольно велико, а сигналы производимые концентраторами слишком слабые 

Типичные сигналы и отсчеты:
Для продольной волны: сигнал весьма сильный, отсчет 1) по первому отрицательному пику прихода сигнала, отличному от шумов 2) по огибающей сигнала – вступление отличное от шумов

Для сдвиговой волны: сигнал гораздо слабее, отсчеты 1) и 2) аналогично 

Скорость считалась как C=L/(t-dt), L - база ; t - время; dt – задержка в концентраторах определенная при совмещении концов.
На каждом образце измерения проводились в 3х разных точках по длине образцов.

Результаты:

Measurement point

Velocity

Specimen 1 (dense)

Specimen 2 (less dense)

Difference %

1st peak

Cl, km/s

1.82 ± 0.04

1.28 ± 0.06

30

Ct, km/s

1.27 ± 0.05

1.04 ± 0.05

18

Ct/Cl

0.70 ± 0.02

0.81 ± 0.02

16

Envelope arrival

Cl, km/s

1.78 ± 0.07

1.25 ± 0.04

30

Ct, km/s

1.19 ± 0.03

1.09 ± 0.01

8

Ct/Cl

0.68 ± 0.02

0.81 ± 0.02

19

Выводы по результатам:

1. Скорости правдоподобные, соответствующие спонгиозной кости.
2. Наибольшие абсолютные и относительные различия между образцами видны по продольной волне, как по приходу первого пика, так и по огибающей. В этом смысле скорость сдвиговой волны менее информативна. Но следует заметить, что и 1 и 2 образцы были взяты из одного молодого животного и естественно без остеопороза. Это значит, что различия в плотности связаны исключительно с топографией, но не патологией. При остеопорозе мы наблюлаем накопление микродефектов и нарушение микроархитектуры, т.е. целостности изначальной структуры и там ситуация (т.е. соотношение скоростей) может быть совершенно другой.
3. Можно быстро проверить на костях животных, но они до остеопороза не доживают.
4. Интересно, что отношение скоростей разное в плотном и менее плотном образцах. 

Выводы по методу измерений:
1. Концентраторы – не оптимальный вид датчиков для кости, т.к. излучают слабый сигнал. Приход волн трудно различим на фоне шумов. На больших базах сигнал затухает. Представляется, что нужны специальные датчики с большей поверхностью контакта. 
2. На компактой кости в из-за ее малой толщины и недоступностью для сквозного прозвучивания в живом организме предлагаем измерять скорость продольных волн и поверхностных волн Рэлея, которые имеют сдвиговую природу. 


График, на котором помещены значения скоростей одного и другого типа волн для измеренных образцов:

Material

Ct : Cl

Ct x Cl, (km/s)2

Duralumin

0.61

13.6

Steel

0.59

9.8

Brass

0.46

9.1

Ebonite

0.48

2.7

Plexiglas (acrylic plastic)

0.53

4.0

1-day cement (strong)

0.73

2.3

1-day cement (weak)

0.71

1.2

Наблюдения и выводы (субъективно):

1. Непосредственная зависимость между отношением скоростей Ct : Cl и плотностью вряд ли существует. Это соотношение в изотропных средах связано с коэффициентом Пуассона. Кстати, на эту тему есть US patent 5,578,757 Method of Poisson’s ratio imaging within a material part. Они предлагают два датчика – продольных и сдвиговых волн, сканирование образца и изображение отношения скоростей. В анизотропных средах соотношение скоростей определяется сложной матрицей упругих констант, что кстати проявилось в моих опытах с древесиной – скорость сдвиговой волны в определенном направлении может быть больше скорости продольной волны поперек волокон. 
 2. Возможность определять скорость сдвиговой волны в кости может иметь следующую ценность. Остеопороз, старение кости, деградация механической выносливости ткани связаны с накоплением микродефектов в кости – микротрещин. Об этом в последнее время заговорили. Методов прижизненной оценки накопления микродефектов не существует. Возможно, скорость сдвиговой волны будет более чувствительна, чем продольной, и ее измерение может быть самоцелью в дополнение к скорости продольной. 
 3. Вопрос в том, чтобы научиться измерять эту скорость в кости (и тканях вообще) достаточно точно. Даже на регулярных образцах это не совсем легко, есть затруднения методического и технического планов – маскировка вступления волны продольной компонентой, влияние волн бегущих по поверхности, определение критериев попадания на сдвиговую волну и захват нужной фазы. 
 4. Трудно найти подходящий объект с более менее регулярными размерами достаточно большого размера. Это следующий шаг. 
 5. Концентраторы обладают таким преимуществом как точечный контакт, но они далеко не оптимальны как конечный продукт по следующей причине – нарастание сигнала слишком постепенное и первые периоды волн, по которым надо измерять, довольно слабы. Также сигнал имеет искажения и долго «звенит» ввиду особой волноводной природы концентратора. Для получения 3х мерного растра патологического очага, лучше пойти в сторону датчиков со сдвиговой поляризацией без концентраторов.

Нами проведены в достаточном количестве предварительные исследования позволяющие говорить о возможности создания устройств, для диагностики и лечения. Все теоретические предпосылки доказаны на аудиограммах. Начато оформление патентов на способы и устройства. Этот проект как никакой другой подходит для разработки в любом научном парке. 
Для дальнейшего продвижения проекта необходимо:

1) Проведение работ по определению анизотропии и изотропии тканей в норме и патологии.
2) Изготовление опытного образца для исследования, как микротомных образцов тканей, так и тканей живых лабораторных животных.
3) Создание устройства (аппарата) для УЗ- гистоскопии и УЗ- анизотерапии.
4) Продажа лицензий или создание предприятия по выпуску УЗ- гистоскопов и аппаратов для УЗ- анизотерапии.

07.02.2005г.

M.D., Ph.D. M. Kutushov.
Ph.D., Ph.D. V. Cherniak.