По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), рак молочной железы сегодня занимает первое место в мире среди онкологических заболеваний у женщин. Он успешно лечится на ранней стадии, но более 40% случаев рака груди в России выявляется на поздней. В стране каждый год по этой причине умирают более 20 тысяч женщин.
Именно поэтому ученые и врачи активно работают над повышением эффективности методов ранней диагностики. Так, Университет ИТМО недавно представил беспроводное компактное устройство для сканирования молочных желез.
Точный, но дорогой
Сегодня заболевания молочной железы в медицинских центрах Санкт-Петербурга диагностируют с помощью ультразвукового исследования (УЗИ), магнитно-резонансной томографии (МРТ) и маммографии. МРТ – это самый точный метод обследования, который позволяет получить более детальное изображение патологических очагов, чем при маммографии и УЗИ, а значит, выявить болезнь на ранней стадии. Кроме того, магнитно-резонансная диагностика не подразумевает воздействие ионизирующего излучения на организм женщины, а также подходит пациенткам с плотной тканью или имплантами (в этом случае маммография противопоказана).
Как работает МРТ? Суть магнитно-резонансной томографии состоит во взаимодействии водорода, содержащегося в молекулах воды клеток человека, с магнитным полем. На время сканирования пациента помещают в тоннель аппарата, где внутри находятся: магнит, радиочастотные (приемные и передающие) катушки, градиентные катушки, генератор радиоимпульсов, считывающее устройство и прочее. Отклики протонов водорода фиксируют специальные приемные катушки, и после программных преобразований на экране монитора появляется МР-снимок, где контраст здоровых клеток отличается от пораженных болезнью структур. Однако главным недостатком МРТ до сих пор остается его высокая цена. Эту проблему и пытаются решить петербургские ученые.
Диагностика камбалы
«На протяжении последних 8 лет наша команда экспериментировала с различными материалами, из которых можно было бы собрать устройство, позволяющее управлять распределением электромагнитного поля и попробовать применить его в магнитно-резонансной диагностике, – продолжает Алена Щелокова. – Результаты оказались впечатляющими, когда мы поместили в аппарат МРТ двухметровую суперлинзу. Проблема была в том, что человек бы туда уже не поместился… Фундаментальные исследования продолжались, мы испытывали разные материалы на неживых объектах – даже сканировали свежемороженую камбалу из супермаркета, расположив ее вблизи решетки из немагнитных проводников, которые находились в тазике с водой. Затем тазик превратился в коробочку, а коробочка в удобную подкладку. Тогда мы впервые сделали четкий снимок руки добровольца – в его роли выступил профессор Эндрю Вебб – голландский ученый, заинтересовавшийся нашим исследованиями».
В 2019 году ученые из Петербурга создали на основе метаматериалов первую катушку MetaCoil для сканирования груди и смогли испытать ее на базе Национального медицинского исследовательского центра имени В. А. Алмазова на девушках-волонтерах.
Результаты показали, что беспроводные радиочастотные катушки позволяют повысить чувствительность МРТ и получить более информативные изображения с лучшим качеством. Кроме того, разработка петербуржцев увеличивает скорость сканирования в два раза, а значит, может сократить очередь ожидающих обследования, которая в России растягивается на долгие месяцы. Для сравнения, у нас в стране на 1 миллион человек приходится лишь 2,3 МРТ, в Германии – 34, в США – 37, в Японии – 52. Расходы на обслуживание также значительно уменьшаются за счет того, что устройство беспроводное и не требует специального соединения с МРТ-аппаратом. Важный для пациентов плюс – уменьшение радиочастотной нагрузки в 5-7 раз и удобный корпус.
К слову, над последним тоже пришлось значительно поработать. По признанию разработчиков, сначала он выглядел как «Запорожец», но с привлечением дизайнеров превратился в беспилотный автомобиль. Корпус устройства напечатан на 3D-принтере, подушки сшиты из искусственной кожи и поролона.
Сейчас ученые продолжают работать над усовершенствованием устройства и добавляют новые функции, исходя из пожелания врачей (катушка используется для МР-исследований в Центре Алмазова). В частности, планируется, что в скором времени можно будет сканировать не только саму молочную железу, но и подмышечные впадины, где находятся лимфоузлы и могут скрываться метастазы. Также ведутся работы по оптимизации корпуса – он будет еще более удобным и эргономичным.
*Проект петербургских ученых поддержал «Российский научный фонд» (некоммерческая организация, созданная по инициативе президента РФ для поддержки российской науки).
Кстати
За последние 15 лет заболеваемость раком молочной железы в России увеличилась более чем в 2 раза.