Человеческие суставы невероятно высокотехнологичны. Слои гладкого хряща способствуют быстрому движению костей без трения, а внутренняя оболочка суставной капсулы, так называемая синовиальная оболочка, окутывает сустав оболочкой, которая постоянно производит собственную смазку.
Однако у людей, страдающих хроническим артритом, этот процесс серьезно нарушается воспалением синовиальной оболочки, которое является наиболее тяжелым и разрушительным в случаях ревматоидного артрита. Со временем воспаление синовиальной оболочки приводит к повреждению хрящей и даже костей суставов, вызывая сильную боль и жесткость суставов.Хронический артрит, такой как ревматоидный артрит, пока не лечится, но при обнаружении на ранней стадии его можно успешно контролировать с помощью лекарств.
Однако для раннего выявления артрита необходимы подходящие методы визуализации. Обычная рентгенография позволяет обнаружить типичные признаки артрита только на довольно запущенной стадии.
Напротив, использование допплеровского ультразвука с большей вероятностью обнаружит артрит на более ранней стадии, визуализируя изменения в местном кровотоке. Повышенный кровоток в воспаленной и утолщенной синовиальной оболочке является типичным признаком состояния, вызванного не только расширением существующих кровеносных сосудов, но и образованием новых кровеносных сосудов в результате воспалительного процесса.
Однако, поскольку образование кровеносных сосудов начинается с очень малых размеров и, соответственно, с низким кровотоком, их обнаружение с помощью ультразвуковой допплерографии на ранней стадии все еще остается сложной задачей. Магнитно-резонансная томография (МРТ) может обнаруживать артритные изменения хряща и кости раньше, чем рентген, но она значительно дороже, чем рентген и ультразвуковая допплерография.Сканер ищет в суставах очаги воспаления
Чтобы улучшить раннее выявление различных типов артрита, европейский консорциум, состоящий из нескольких исследовательских институтов и компаний во главе с Институтом биомедицинской инженерии Фраунгофера IBMT в Саарланде, Германия, в настоящее время разрабатывает альтернативный метод диагностики, сочетающий ультразвуковую технологию с новыми методами обнаружения. В частности, это включает использование трехмерного сканера отпечатков пальцев, который ищет в суставах участки воспаления, а также другие патологические изменения. «Одним из преимуществ этого метода является то, что он позволяет нам обнаруживать состояние, пока оно все еще находится на ранней стадии, поскольку многие формы артрита поражают в первую очередь пальцы», — говорит доктор Марк Фурнелле, менеджер проекта IACOBUS в Fraunhofer IBMT.
Сканер работает с использованием метода оптоакустической визуализации, при котором пальцы подвергаются воздействию чрезвычайно коротких импульсов лазерного света с переменной длиной волны. Когда ткань поглощает эти короткие световые импульсы, происходит минимальное нагревание, которое, в свою очередь, заставляет ткань немного расширяться. Это расширение затем вызывает легкие импульсы давления, которые сканер регистрирует с помощью акустического преобразователя так же, как это делают процедуры ультразвуковой визуализации. По форме импульсов давления устройство может точно определить место возникновения воспаления.
Для уточнения диагноза оптоакустическая процедура дополнительно улучшается за счет использования системы гиперспектральной визуализации. Этот метод основан на сканировании пальца сильным белым светом, в результате чего свет определенной длины волны поглощается воспаленной тканью. Анализируя, какие длины волн присутствуют в свете, который не поглощается тканью, ученые могут определить, затронута ткань или нет.
Учитывая, что обе эти процедуры в первую очередь создают изображения мягких тканей, в частности кровеносных сосудов, система также предоставляет ультразвуковые изображения, которые также создаются с помощью акустического преобразователя сканера. «Как всегда, изображения, полученные с помощью ультразвука, отображают мягкие ткани, такие как мышцы, сухожилия и суставные капсулы, а также поверхность костей, что означает, что наш сканер дает врачам знакомое изображение для работы», — говорит Фурнелле. Затем ультразвуковое изображение комбинируется с данными гиперспектральной визуализации и оптоакустической процедуры, что позволяет врачам четко идентифицировать любые участки воспаления в ткани.
В проекте IACOBUS, спонсируемом Европейской комиссией, участвуют следующие партнерские организации: EKSPLA UAB (Литва), Институт биомедицинской инженерии Фраунгофера IBMT в Зульцбахе и Санкт-Ингберте (Германия), Justus-Liebig Universitat Giessen (Германия), Norsk Elektro Optikk AS (Норвегия), Норвежский университет науки и технологий, Тронхейм (Норвегия), Vermon SA (Франция), tp21 GmbH (Берлин).