Прислать материал
Обнаружение микрокальцификатов (тяжелых сферических микрочастиц) в мягких биологических тканях на примере желатиновых фантомов
Важной задачей современной диагностики, является разработка метода, позволяющего на ранней стадии обнаружить рак молочной железы. Главным диагностическим параметром для данного типа рака считается образование микрокальцификатов в тканях. В зависимости от их размера, формы и количества можно судить о стадии развития заболевания. В настоящее время, для диагностики рака молочной железы используется рентгеновская маммография, имеющая ряд недостатков связанных с излучением. С течением времени в организме пациента накапливается некоторая доза радиации, которая, в свою очередь, может спровоцировать образование новой опухоли. В связи с этим, актуальна разработка безопасного метода диагностики основанного на ультразвуковых волнах.
При разработке новых методов медицинской диагностики важную роль играет правильный подбор модели мягкой биологической ткани. Принципиальное значение имеет выбор материалов, имитирующих определенные свойства тканей. В эластографии важно, чтобы фантом обладал, прежде всего, упругими свойствами, соответствующими тем или иным мягким тканям, при этом различные материалы могут быть использованы как фантомы определенной биоткани. В работе используются фантомы на желатиновой основе, что обусловлено небольшой стоимостью и доступностью ингредиентов, а так же легкостью приготовления. Исследования фантомов проводились на акустической системе Verasonics с открытой архитектурой, на которой реализован метод Shear Wave Elasticity Imaging (SWEI) позволяющий увидеть зависимость смещения среды от времени. На основе зависимостей смещений построен метод обнаружения микрочастиц в вязкоупругой среде. Суть метода заключается в том, чтобы определять размер частицы из временных зависимостей их смещения относительно однородной среды.
Была разработана методика создания фантома мягкой биологической такни, содержащей микрокальцификаты. Согласно этой методики были созданы фантомы, использованные в исследованиях. По результатам измерений построены графики временных зависимостей смещения частиц относительно однородной среды. Используя полученные результаты, можно определить размер случайной частицы в некотором объеме, содержащем шарики различных диаметров. Для этого необходимо провести измерения с фантомом, в котором находится цилиндр со случайно распределенными частицами, диаметром от 130 – 200 мкм. В таком случае пучок фокусируется на такую же глубину в различные области цилиндра, и измеряются смещения в фокальной области. При обнаружении смещений, превышающих среднее значение смещения однородной среды, проводится более детальное исследование. Затем строится зависимость относительного смещения от времени и ищется соответствие с измеренными зависимостями для одиночных шариков и определяется приблизительный размер частицы. Если, например, значения ее относительных смещений попадают в область между смещениями 130 мкм и 150 мкм частиц, можно утверждать, что диаметр частицы приблизительно 140 мкм.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ (15-42-02586).
2) A. P. Sarvazyan, O. V. Rudenko, S. D. Swanson, J. B. Fowlkes, and S. Y. Emelianov. Shear wave elasticity imaging: a new ultrasonic technology of medical diagnostics // Ultrasound in medicine & biology. 1998, 24(9), 1419-1435
3) Андреев В.Г., Шанин А.В., Демин И.Ю. // Акустический журнал, 2014, Т. 60, N. 6, C. 673–678.
4) Андреев В.Г., Дмитриев В.Н., Пищальников Ю.А., Руденко О.В., Сапожников О.А., Сарвазян А.П. // Акустический журнал, 1997. Т. 43. N. 2. С. 123-128.
5) В. Г. Андреев, И. Ю. Демин, З.А. Корольков, А. В. Шанин. Движение сферических микрочастиц в вязкоупругой среде под действием акустической радиационной силы // Известия РАН. Серия физическая. 2016 (в печати)