Инженеры создали камеру, которая видит тело человека насквозь

Новая камера способна обнаружить даже единичные частицы света внутри тела человека.
Иллюстрация slon_dot_pics/pixabay.com.

Среди широко применяемых сегодня медицинских процедур многие считают самой неприятной эндоскопию. Напомним, это способ осмотра некоторых внутренних органов, при котором через естественные пути пациенту вводится эндоскоп – оптический прибор с транслятором изображения или миниатюрной видеокамерой.

Скорость и точность, а также безболезненность (насколько это возможно) такой процедуры зависит от мастерства врача. Но сам факт внедрения какого-то инородного предмета внутрь тела вряд ли кого-то порадует, а если этот прибор долго ищет цель, приятного ещё меньше.

Чтобы упростить работу специалистов и повысить качество обследований, учёные из Университета Эдинбурга создали камеру, которая видит тело человека насквозь. Она решает главную проблему эндоскопии: быстро определяет положение прибора внутри тела человека. Ранее для этого использовались небезопасные рентгеновские лучи и другие дорогостоящие методы, доступные далеко не для всех клиник.

Поясним, что наконечник длинной гибкой трубки эндоскопа освещает себе путь и внутренние органы при помощи стеклянных оптических волокон (световодов). Свет от эндоскопа рассеивается и отражается от тканей и органов, а не проходит сквозь них. Причём чем глубже внутри тела прибор, тем больше фотонов рассеивается.

Новая камера способна обнаружить этот источник света внутри тела, поскольку она различает даже отдельные частицы света – фотоны. По словам учёных, существует два типа фотонов, которые выходят из тела, отражаясь от тканей с низким уровнем рассеяния. Их называют "баллистические" и "змеиные" фотоны. Оба типа можно поймать при помощи специальных детекторов.

Соответственно, новая камера способна обнаружить эти частицы света. Такого эффекта физики добились благодаря однофотонным детекторам, чувствительным ко времени. Тысячи таких детекторов были размещены на кремниевом чипе, которым оснащена камера (примерно такие же чипы имеют и обычные цифровые камеры).

В результате устройство способно обнаружить даже самые слабые следы света, исходящие от эндоскопа и проходящие через органы и ткани.

Кроме того, технология позволяет фиксировать время, необходимое для прохождения света через тело пациента – благодаря этому устройство определяет точное положение наконечника эндоскопа.

"Возможность видеть местоположение устройства имеет решающее значение для многих областей здравоохранения, поскольку мы стремимся развивать "минимально инвазивные" подходы к лечению заболеваний", — отмечает профессор Кев Дхаливаль (Kev Dhaliwal).

Его команда провела испытания прототипа новой камеры на лёгких овцы. По данным экспертов, устройство может отслеживать местоположение источника света с точностью до сантиметра сквозь ткани толщиной до 20 сантиметров при нормальном освещении.

Затем были проведены дополнительные тесты с участием добровольцев. Наконечник эндоскопа медики расположили близ спины человека, а камера должна была его найти, находясь спереди от человека. При этом был создан дополнительный барьер: перед телом держали ладонь. На поиск источника света "в теле" пациента у аппарата ушло 17 секунд.

Для сравнения: изображения, полученные новой камерой (слева) и традиционным устройством для поиска источника света (справа).

Дополнительное оборудование и специализированная подготовка человека для использования камеры не нужны, добавляют авторы разработки. Они планируют улучшить показатели своего прибора, чтобы он находил цель ещё быстрее и с точностью до миллиметров.

Медики полагают, что новая камера пригодится не только для эндоскопии и подобных процедур, её также можно будет использовать в ходе различных операций.

Более подробное описание новой камеры представлено в издании Biomedical Optics Express.

Добавим, что ранее исследователи представили крошечную микрокамеру, которую можно ввести в тело человека через шприц. Также мы рассказывали о камерах, способных заглядывать за угол и видеть сквозь стены.

Сегодня