Антенна вместо скальпеля
Уникальная антенна, созданная учеными ИПФ РАН, позволит избежать хирургического вмешательства при диагностике опасных заболеваний
Уникальную 512-элементную антенну, созданную специалистами Института прикладной физики Российской академии наук (ИПФ РАН) и прозванную их немецкими коллегами «матерью всех антенн», можно увидеть только в главном университете Швейцарии ETH. Используется она для оптоакустической нейровизуализации лабораторных животных. Следующим шагом станет разработка аналогичной многоэлементной антенны для клинической визуализации сосудов человека.
— Раньше, чтобы увидеть глазами то, что видит наша оптико-акустическая техника, нужно было воспользоваться скальпелем, — рассказывает руководитель международного проекта РНФ № 18-45-06006, старший научный сотрудник отдела 360 ИПФ РАН Павел Субочев. — Объединив лазерные и ультразвуковые технологии, мы вышли на совершенно новые диагностические возможности: теперь могут быть объяснены причины возникновения многих болезней и предложены новые способы лечения.
Оптико-акустическими разработками Павел занимается более 10 лет. Недавно нижегородские исследователи стали работать в коллаборации с группой немецких коллег, возглавляемой профессором Даниилом Рязанским и имеющей большой опыт работы и прекрасную обеспеченность современным оптико-акустическим оборудованием. В 2017 г. международный проект был поддержан российско-немецким грантом. А когда профессор переехал в Швейцарию, изобретение также сменило прописку.
— У нас был выбор: повторить подход к визуализации, аналогичный МРТ или КТ (сканировать человека в течение 10 минут, чтобы получить одну трехмерную картинку), либо совершить технологический скачок и перейти к пятимерному изображению человеческого организма. Четвертым и пятым измерениями мы превращаем классические черно-белые томограммы в цветные видеограммы, на которых вены и артерии показаны разным цветом.
Роль глаза в нашей оптико-акустической установке выполняет разработанная в ИПФ РАН сверхширокополосная 512-элементная антенна, позволяющая визуализировать объем одного кубического сантиметра с пространственным разрешением 50 микрон.
— Если говорить о сложности задачи, выполненной российскими инженерами, то это то же самое, как подковать 512 блох вместо одной лошади, — отмечает Павел. — Раньше мы занимались одноэлементными антеннами, сейчас же смогли вместить 512 элементов в один объем. Это очень сложная технологическая задача. Вся работа выполнялась вручную. Именно инженеры сыграли ключевую роль в нашем международном проекте, при этом мы сработали по сетевому принципу. В проекте приняли участие специалисты не одного подразделения или института: возникла кооперация между несколькими нижегородскими организациями. Полагаю, что это говорит о нераскрытом технологическом потенциале нижегородской науки: хотя мы работаем в разных областях и организациях, нас могли бы и впредь объединять подобные вызовы.
Научно-образовательное партнерство, созданное вокруг проекта, объединяет студентов, инженеров, программистов, технологов и научных сотрудников из России и Германии и, кроме того, сотрудников ИПФ РАН, производственный центр в НИФТИ ННГУ им. Н. И. Лобачевского, медицинских коллабораторов в ПИМУ, российский и немецкий научные фонды.
Поддержка наших исследований Российским научным фондом говорит о том, что оптико-акустическая визуализация как сквозная технология находится в фокусе внимания экспертного научного сообщества. Большую роль в продвижении научного проекта играет президент РАН Александр Михайлович Сергеев, ставший инициатором проведения научно-исследовательских работ в ИПФ РАН в области биофотоники. Именно он наладил взаимодействие нижегородских физиков с врачами и биологами. Сейчас в Нижнем Новгороде созданы все предпосылки для создания всероссийского центра биофотоники.
Что касается возможностей внедрения разработанных нами технологий, то у нас есть малая инновационная компания, с помощью которой мы пытаемся наладить экспортное мелкосерийное производство антенн. Но для производства полноценных приборов для медицинской оптико-акустической диагностики, в которых наша антенна является лишь частью, потребуется объединение с представителями производственного сектора и инвесторами.
Евгений Спирин
