Российские специалисты совместно с учёными из Европы и Азии разработали уникальное устройство — сферическую антенну из пьезополимерного материала, которая способна отображать движение крови в сосудах любого калибра, от крупных артерий до микроскопических капилляров. Антенна открыла путь к созданию новых диагностических аппаратов, способных видеть внутренние органы без оперативного вмешательства и радиационного воздействия.
Современная медицина уже оснащена инструментами для визуализации сосудов, такими как УЗИ, компьютерная томография и МРТ. Однако существующие технологии не обеспечивают достаточного уровня детализации и не могут показать кислородное насыщение тканей, малые сосуды и микрососудистую циркуляцию. Наблюдение одновременно за крупными и мелкими сосудами, не нарушая физиологию тканей, оставалось серьёзной технической проблемой.
Самым перспективным направлением исследований в этой области стала оптоакустическая томография. Этот метод предполагает использование коротких лазерных импульсов, которые кратковременно нагревают ткани и создают акустические волны. Волны регистрируются специальными антеннами, что позволяет получить объёмное изображение сосудистой сети. Технология также позволяет получать функциональную информацию, например, о содержании кислорода в крови. Недостатком прошлых конструкций была низкая чувствительность антенн.
Группа исследователей из Института прикладной физики РАН решила данную проблему, создав первую в мире сферическую антенну из высокочувствительного пьезополимера PVDF. Устройство содержит 512 независимых пьезодатчика размером менее одного квадратного миллиметра, установленных с рекордной плотностью. Рабочий диапазон антенны простирается от 0,3 до 40 мегагерц, что многократно превосходит возможности коммерческих аналогов.
Во время экспериментов учёные впервые смогли увидеть одновременно крупные сосуды диаметром до 10 миллиметров и самые мелкие капилляры толщиной около 10 микрометров — сравнимой с размерами эритроцита. Разрешение системы позволило визуализировать внутреннюю структуру микрососудов и провести бесконтактную томографию мозга мыши через череп.
Руководитель проекта, Павел Субочев, подчеркнул, что идея создания многоканального пьезоприемника из 512 элементов казалась утопической, но команде удалось воплотить её в жизнь. По его словам, новая технология открывает широкие перспективы как для клинической медицины, так и для фундаментальных исследований, позволяя безопасно изучать жизнедеятельность живых тканей человека.
В будущем учёные намерены расширить применение своей технологии, изучая нейроваскулярное сопряжение в коре головного мозга и механизмы нейродегенеративных заболеваний. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, а результаты опубликованы в ведущем научном журнале Light: Science & Applications издательства Nature Publishing Group.
