«Исторически сложнее было использовать ультразвук для сбора количественной информации о легких, потому что ультразвуковые волны не проходят через воздух, а легкие наполнены воздухом», — говорит Мари Мюллер, доцент кафедры машиностроения в Северной Каролине. Государственный университет и соавтор статьи о работе. «Однако мы смогли использовать отражающую природу воздушных карманов в легких для расчета количества жидкости в легких».Когда ультразвуковые волны проходят через тело, большая часть энергии каждой волны проходит через ткани.
Но часть этой энергии отражается в виде эха. Контролируя эти эхо, ультразвуковой сканер может создать изображение ткани, через которую прошли волны. Все это происходит за микросекунды.Но когда ультразвуковые волны попадают в воздух, вся энергия отражается — вот почему ультразвуковые изображения легких имеют тенденцию выглядеть как большие серые пятна, не содержащие полезной информации для медицинских работников.
И хотя есть некоторые методы, которые позволяют пользователям определить, есть ли у пациента отек легких, эти методы по-прежнему не могут определить, сколько в нем жидкости.Вот тут-то и появляется команда Мюллера.Когда ультразвуковые волны попадают в воздушные карманы в легких или альвеолах, они рассеиваются. Эти рассеянные волны попадают в другие воздушные карманы, рассеивая их дальше.
Этот процесс отражения означает, что ультразвуковому эхо требуется гораздо больше времени, чтобы вернуться к ультразвуковому аппарату, хотя он все еще измеряется в микросекундах. И поэтому на ультразвуковом сканере легкое выглядит как серая капля.Но нет двух ультразвуковых волн, идущих по одному и тому же пути — они могут отражаться в разных направлениях, проходя через легкие. Таким образом, их эхо-сигналы возвращаются в сканер за разное время.
Глядя на все эхо и то, как они меняются со временем, Мюллер и ее сотрудники смогли вычислить степень, в которой пространство между воздушными карманами было заполнено жидкостью.Чтобы проверить свой подход, исследователи провели две серии экспериментов на крысах и легочной ткани крысы.
В первой серии экспериментов исследователи использовали легочную ткань крысы, в которую вводили физиологический раствор, чтобы имитировать заполненную жидкостью ткань легких. Новый подход позволил исследователям количественно определить количество жидкости в легких с точностью до одного миллилитра.
Во второй серии экспериментов исследователи обнаружили существенные различия между наполненными жидкостью и здоровыми легкими у крыс. В частности, исследователи вычисляли среднее расстояние между двумя «событиями рассеяния» — или насколько далеко ультразвуковая волна прошла между двумя воздушными карманами.Для легких, заполненных жидкостью, среднее расстояние составляло 1040 микрометров, тогда как среднее расстояние в здоровых легких составляло всего 332 микрометра.«Это важно, потому что потенциально можно отслеживать это среднее значение расстояния как способ определения эффективности лечения отека легких», — говорит Мюллер.
В этом методе используется обычное ультразвуковое сканирующее оборудование, хотя алгоритм, используемый исследователями, должен быть включен в программное обеспечение для ультразвукового исследования.«В целом, стоимость, вероятно, будет сопоставима с существующими приложениями для ультразвукового мониторинга», — говорит Мюллер.
В настоящее время исследователи разрабатывают два испытания: клиническое исследование на людях и одно в ветеринарной клинике.