Ученые радиофизического факультета Томского государственного университета (ТГУ) предложили новый подход для обнаружения малоразмерных раковых образований молочной железы при зондировании радиоволнами СВЧ-диапазона. Метод позволит повысить вероятность выявления опухолей на ранней стадии образования без использования ионизирующего рентгеновского излучения.
Фото: Reuters
Фото: Reuters
На кафедре радиофизики ТГУ уже более 20 лет ведутся исследования в области радиоволновой томографии. Еще в начале 2000-х годов профессор Владимир Якубов сформулировал принципы фокусировки радиоволн для поиска скрытых объектов, они были взяты за основу при поиске опухолей в биологических тканях. Работа по этому направлению началась три года назад. С тех пор ученые прошли достаточно большой путь — от компьютерного моделирования процессов распространения радиоволн в сильно поглощающих средах до создания лабораторной установки по автоматизированному зондированию фантомов (искусственных аналогов) молочной железы. На первом этапе были опробованы идеи и способы решения проблемы, которая стояла перед исследователями,— поиск злокачественных новообразований в биологических средах. Это стало возможным благодаря поддержке Фонда Менделева ТГУ.
Сейчас завершен важный этап экспериментальной проверки метода обнаружения и визуализации опухолей внутри биологических тканей. Для этого радиофизики разработали фантом молочной железы — искусственный многослойный объект, все элементы которого по своим электрофизическим характеристикам очень близки к реальным тканям. В фантоме груди содержатся неоднородности, которые имитируют злокачественную опухоль. На созданной установке радиофизики могут просканировать фантом и обнаружить неоднородности, имитирующие злокачественные опухоли, а также с помощью специальной обработки сигналов указать с высокой точностью, где они находятся.
Выживаемость при онкологических заболеваниях в первую очередь зависит от стадии, на которой началось лечение, поэтому диагностировать их нужно как можно раньше. В случае ранней диагностики рака (I–II стадии) молочной железы вероятность полного выздоровления достигает 93%. Неинвазивная, комфортная для пациента (в отличие от болезненной рентгеновской маммографии), но в то же время быстрая диагностика является давним запросом медицины, несмотря на существующие методы рентгеновской и ультразвуковой диагностики. При этом каждый из методов не является абсолютным и достаточным и имеет свои ограничения. Большая часть этих ограничений связана с особенностями онкологических опухолей. С одной стороны, у опухолей на ранней стадии практически не меняется плотность вещества, изменения которой регистрируются при рентгеновском и ультразвуковом обследовании. С другой стороны, за счет разрастания кровеносных капиляров, обеспечивающих приток крови к новым клеткам опухоли в данной области, меняется диэлектрическая проницаемость в месте формирования опухоли. Такое изменение электрофизических характеристик можно зарегистрировать при радиоволновом зондировании. Таким образом, обнаружение опухоли может быть основано на том, что диэлектрические свойства здоровой ткани и злокачественной отличаются. Это подтверждается масштабными исследованиями в мире, которые показали, что значения около опухоли и около здоровой ткани отличны.
Исследования по радиоволновой маммографии активно ведутся во многих странах. Дальше всех продвинулись ученые из Великобритании. Они уже предложили действующий прототип, который проходит клинические испытания. Мы рассчитываем в течение двух-трех лет подключить к исследованию специализированные компании, разработать действующий образец установки и также выйти на этап клинического испытания. Эти же компании обеспечат сертификацию прибора. При этом уже сейчас можно сказать, что время зондирования пациента мы сможем сократить по сравнению с зарубежными образцами с 3–4 минут до 20–30 секунд.
В настоящее время задачей эффективного поиска опухолей в биологических тканях занимается большой коллектив — сотрудники кафедры радиофизики ТГУ и Института сильноточной электроники СО РАН, среди которых есть как доктора и кандидаты наук, так и аспиранты и магистранты. По вопросам образования опухолей исследователей консультируют в НИИ онкологии Томского НИМЦ. Кроме того, в разработке принимают участие партнеры из коммерческих организаций, которые предоставляют специализированную измерительную технику: ООО «Планар» и НПК «ТАИР».
Материал подготовлен при поддержке проекта «5-100»
Использованы сведения из статьи «Use of Multi-angle Ultra-wide Band Microwave Sounding for High Resolution Breast Imaging»; Sergey Shipilov, Aleksandr Eremeev, Vladimir Yakubov, Ivan Fedyanin, Rail Satarov, Kseniya Zavyalova, Svetlana Shipilova, Evgeny Balzovsky; журнал Medical Physics, сентябрь 2020 г.