Прорывное УЗИ

И. Иванов

Ультразвуковую диагностику применяют и в медицине, и в технике. УЗИ позволяет выявить неоднородности, нарушения сплошности объекта, даже построить трехмерную карту его плотности. В медицине ультразвук нужен для исследования внутренних органов. Однако почти всегда его недостаточно для однозначного выявления патологии в органах или тканях, особенно если не произошло их явного перерождения.

Обычное УЗИ не видит разницы между изначально жестким и механически напряженным объектом, а это важно. Биологи знают, что механический стресс существует и изменяется во всех живых организмах, поэтому может служить критерием их нормальной работы.

Многие из окружающих нас материалов мягкие. Как и мы сами. В таких материалах звуковые волны распространяются немного по-другому, чем в твердых и упругих объектах, с которыми привыкли работать инженеры или строители. Как известно, звуковые волны бывают продольными, когда частицы вещества в них колеблются вдоль направления распространения, вперед-назад, и поперечными, когда перпендикулярно ему. Особенность мягких тел, которые способны сильно упруго растягиваться и сжиматься, состоит в том, что продольная волна движется в них со скоростью на порядки больше скорости поперечной.

Это свойство и позволило ученым, которые занимаются диагностикой напряжений в рельсах, придать новое качество ультразвуковому исследованию. Международная команда под руководствлом доктора Артура Говера (Artur Gower) с факультета механической инженерии Шеффилдского университета впервые создала неинвазивный метод определения напряжений в мягких объектах, в том числе во внутренних органах человека. Статья с описанием этого успеха появилась в журнале Science Advances.

Идея состоит в том, чтобы послать две поперечные звуковые волны в перендикулярных направлениях. В направленни высокого напряжения волна будет двигаться быстрее. Измеряют же скорости двух волн с помощью продольной, распространяющейся на три порядка быстрее. Вычисление механических напряжений по разнице скоростей дает их абсолютные, а не относительные значения, и не требует знаний о механических характеристиках объекта. Авторы продемонстрировали это экспериментально, когда измерили одноосные и изгибные напряжения в гидрогеле, а также растягивающие напряжения внутри мышц.

Новый метод облегчит диагностику различных заболеваний внутренних органов, ведь изменения механических стрессов в них — это первый индикатор начальных нарушений. Метод позволит выявлять перерождение тканей, шрамы, застой крови и пр. После массового внедрения исследование облегчит раннюю диагностику заболеваний.

Похоже, мы скоро узнаем о появлении нового раздела медицины. Новый метод пригодится при разработке мягких бионических роботов, имплантов разного рода и т. п. Он позволит вести неразрушающий контроль биологических объектов в самых разных средах, in vivo и in vitro.

Разные разности
Споры против полиуретана
Ученые создали биоразлагаемый материал с помощью почвенных штаммов бактерии Bacillus subtilis, способных пожирать термополиуретан. Решение очень простое — подмешать бактерии к полимерам. Причем не сами бактерии, а их споры, которые остаются...
Бактериофаги против дезодорантов
Метагеномный анализ кожной флоры позволил найти главного злоумышленника, виновного в резком запахе пота — это бактерии Staphylococcus hominis. Но можно ли от них избавиться, не убивая другие кожные бактерии? Исследователи предложили логичное реш...
Липучка против трипсов
Химики ищут замену инсектицидам, подсматривая за тем, как разные растения сами защищаются от вредных насекомых. Некоторые растения выделяют липкие вещества из так называемых железистых волосков. К ним прилипают насекомые-вредители и погибают. Эта стр...
Этанол против гриппа
Во время пандемии ковида в соцсетях распространилось видео, на котором наш соотечественник демонстрировал свой метод лечения ковида — ингаляцию парами этанола. Но тогда над ним посмеялись и отмахнулись. Похоже — зря. Японские исследователи ...