Ученые ИПФ РАН создали уникальную антенну для диагностики опасных болезней без хирургического вмешательства

Сегодня уникальную 512‑элементную антенну, прозванную немецкими физиками «матерью всех антенн», созданную специалистами Института прикладной физики Российской академии наук (ИПФ РАН) можно увидеть только в главном университете Швейцарии ETH. Используется она для оптоакустической нейровизуализации лабораторных животных. Следующим шагом нижегородцы планируют разработку аналогичной многоэлементной антенны, предназначенной для клинической визуализации сосудов человека.

Скальпель больше не нужен

– 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, открыты новые способы лечения.

Оптико-акустическими разработками Павел занимается уже более 10 лет. Недавно нижегородцы скооперировались с немецкими коллегами (группой профессора Даниила Рязанского), имеющими большой опыт работы и прекрасную обеспеченность современным оптико-акустическим оборудованием. В 2017 году международный проект был поддержан российско-немецким грантом. А когда руководитель немецкого коллектива переехал в соседнюю Швейцарию, изобретение также сменило прописку.

Командная работа

– У нас был выбор: либо пытаться повторить подход к визуализации, аналогичный МРТ или КТ – сканировать человека в течение 10 минут, чтобы получить одну трёхмерную картинку, либо совершить технологический скачок и перейти к пятимерному изображению человеческого организма. Четвёртым и пятым измерениями мы превращаем классические чёрно-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 объём одного кубического сантиметра с пространственным разрешением 50 микрон.

– Если говорить о сложности задачи, успешно выполненной российскими инженерами, то это было то же самое, как подковать 512 блох вместо одной лошади, – продолжает Павел. – Раньше мы занимались одноэлементными антеннами, сейчас же смогли вместить сразу 512 элементов в один объём. Это была 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 сразу между несколькими нижегородскими организациями. Думаю, 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.

В центре внимания учёных

Научно-образовательное партнёрство, созданное вокруг проекта, объединяет более чем 50 талантливых студентов, инженеров, программистов, технологов и научных сотрудников из России и Германии. А кроме того научно-инженерный коллектив ИПФ РАН, производственный центр в НИФТИ ННГУ, медицинских коллабораторов в ПИМУ, российский и немецкий научные фонды.

Регулярная поддержка наших исследований Российским научным фондом (проекты РНФ № 18 – 45-06006, 19 – 75-10055) говорит о том, что оптико-акустическая визуализация как сквозная технология находится в фокусе внимания экспертного научного сообщества. Большую роль в успехе научного проекта играет президент Российской академии наук Александр Михайлович Сергеев, явившийся 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, – говорит Павел Субочев, – у нас есть малая инновационная компания, с помощью которой мы пытаемся наладить экспортное мелкосерийное производство антенн. Но чтобы наладить производство полноценных приборов для медицинской оптико-акустической диагностики, в которых наша антенна является лишь частью, потребуется объединение с представителями производственного сектора и, конечно же, инвесторов.