Оптоакустическая томография

Оптико-акустическая (ОА) диагностика различных сред, зародившаяся несколько десятилетий назад, за прошедшие годы стала удобным инструментом измерений. Оптико-акустические методы используются для измерения малых оптических поглощений, а также для обнаружения, локализации и оценки параметров неоднородностей («дефектов») в исследуемых материалах, например, оптически непрозрачных (мутных) средах.

При использовании излучения в терапевтическом окне прозрачности (600-1100 нм) ОА метод позволяет зондировать мягкие биологические ткани на глубину до 10 см и с высоким разрешением обнаруживать неоднородности, отличающиеся от окружающей ткани лишь коэффициентом оптического поглощения. Таким образом, ОА томография является хорошим дополнением к традиционным томографическим методам диагностики: УЗИ, рентгеноскопия, ЯМР, которые в ряде случаев оказываются недостаточно контрастными и избирательными в обнаружении патологических изменений на фоне нормальных тканей.

Для проведения ОА исследований в лаборатории ультразвуковой диагностики ИПФ РАН создана экспериментальная лабораторная установка. В качестве источника греющего излучения используется импульсный Nd:YAG лазер, работающий на длине волны 1064 нм, с частотой повторения импульсов 10 Гц, длительностью импульсов 30 нс и энергией в импульсе 25-30 мДж. Для регистрации акустического излучения от исследуемого объекта после воздействия лазерной накачки используется система с полосой приема ультразвукового излучения 1.5-7.5 МГц. Конструкция установки позволяет применять различные методики сканирования исследуемых образцов в зависимости от решаемой задачи.

На этой установке были впервые получены двумерные ОА томограммы образцов биоподобных сред следующими методами:

• круговой обход в трансмиссионном режиме;
• стационарное кольцо слабонаправленных датчиков с последующим решением обратной задачи реконструкции (back-propagation);
• секторное сканирование при одностороннем доступе к объекту.

Томограмма желатинового фантома с двумя сферическими поглощающими неоднородностями

На модельных объектах сильно рассеивающих сред надежно выявляются поглощающие оптические неоднородности размером 3-6 мм, расположенные на глубинах до 40 мм c пространственным разрешением порядка 0,5-1 мм и контрастом поглощений оптического излучения в неоднородности и окружающей среде не менее 1,5. Ведутся также теоретические и экспериментальные исследования применимости различных методов сканирования, возможности совмещения ОА томографии с традиционными методами активной ультразвуковой локации, исследование тепловых эффектов, возникающих при ОА зондировании биологических тканей источниками греющего импульсного излучения.

Результаты работ могут быть использованы при разработке методик и аппаратуры для ранней диагностики злокачественных опухолей мягких тканей, в т.ч. молочной железы.