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.