Команда инженеров и исследователей-медиков нашла способ использовать ультразвук для контроля уровня жидкости в легких, предлагая неинвазивный способ отслеживать прогресс при лечении отека легких, что часто встречается у пациентов с застойной сердечной недостаточностью. Этот подход, продемонстрированный на крысах, также является перспективным методом для диагностики рубцевания, или фиброза, легких.
Сложно применять УЗИ для сбора количественной информации о легких, поскольку ультразвуковые волны не проходят по воздуху, а легкие полны воздуха, отмечают авторы. Тем не менее, им удалось использовать рефлексивный характер воздушных карманов в легких для расчета количества жидкости в них.
Когда ультразвуковые волны проходят через тело, большая часть энергии каждой волны проходит через ткань. Но часть этой энергии отражается, как эхо. Путем мониторинга этих эхо-сигналов ультразвуковой сканер может создать изображение ткани, через которое проходили волны. Все это происходит за микросекунды. Но когда ультразвуковые волны ударяют воздух, вся энергия отражается – вот почему ультразвуковые изображения легкого имеют тенденцию выглядеть как большая серая капля, с небольшим количеством полезной информации для медицинских работников. И хотя есть некоторые методы, которые позволяют определять, есть ли у пациента отек легких, эти методы все еще не могут показать, сколько именно жидкости там есть.
Когда ультразвуковые волны попадают в воздушные карманы легких или альвеолы, они рассеиваются. Эти рассеянные волны достигают других воздушных карманов, рассеиваясь дальше. Этот процесс означает, что эхо ультразвука гораздо дольше возвращается к источнику излучения, хотя оно все еще измеряется в микросекундах. И вот почему легкое выглядит как серая капля на ультразвуковом сканере.
Но две ультразвуковые волны не проходят по одному и тому же пути – они могут рассеиваться в разных направлениях по мере прохождения через легкие. Поэтому возвращение их эха к сканеру занимает разное количество времени. Это и дало возможность рассчитать, в какой степени пространство между воздушными карманами заполнено жидкостью. Чтобы проверить теорию, исследователи провели два эксперимента с использованием крыс и их легочной ткани.
В первой серии экспериментов исследователи использовали легочную ткань крысы, в которую вводили физиологический раствор, чтобы имитировать наполненную жидкостью легочную ткань. Новый подход позволил исследователям количественно определить содержание жидкости в легком с точностью до одного миллилитра.
Во второй серии экспериментов исследователи обнаружили существенные различия между заполненными жидкостью и здоровыми легкими крыс. В частности, ученые рассчитывали, как далеко, в среднем, прошла ультразвуковая волна между двумя воздушными карманами. Для легких, заполненных жидкостью, среднее расстояние составило тысячу сорок микрометров, тогда как среднее расстояние в здоровых легких составляло всего триста тридцать два микрометра.
Это важно, т.к. появляется потенциальная возможность отслеживать это среднее значение расстояния, чтобы определить, насколько хорошо работает лечение отека легких. В этом методе используется обычное ультразвуковое сканирующее оборудование, хотя алгоритм, применяемый исследователями, должен быть включен в программное обеспечение ультразвука.
Авторы считают, что стоимость, вероятно, будет сопоставима с существующими приложениями для ультразвукового мониторинга. В настоящее время исследователи разрабатывают два эксперимента: клиническое исследование на людях и одно в ветеринарной клинике.