В России создан прототип промышленного СВЧ-томографа для ранней диагностики рака
В Пензенском государственном университете (ПГУ) создали первый в мире промышленный образец СВЧ-томографа для ранней диагностики рака молочной железы. Разработка защищена тремя свидетельствами о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Рак молочной железы — самый распространенный вид рака у женщин. На ранней стадии заболевание может развиваться бессимптомно, поэтому медики рекомендуют женщинам средних лет регулярно проходить обследование. Если злокачественное новообразование обнаружить на ранней стадии, есть реальный шанс победить его.
Недостаток существующих методов диагностики, таких, как маммография, — лучевая нагрузка на организм. Многократные обследования пациента нежелательны. Доза ионизирующего излучения в год не должна превышать определенного порога. А наблюдать за ходом лечения нужно на постоянной основе.
Сотрудники ПГУ разрабатывают безопасные неинвазивные методы обследования пациентов — метод микроволновой томографии (СВЧ-томографии) и биоимпедансной спектроскопии. Они не используют ионизирующее излучение, под действием которого здоровые клетки могут переродиться в раковые.
Исследование рассчитано на три года и проводится по госзаданию Минобрнауки России. За первый год была разработана математическая модель и численный метод решения задачи, а также создан и протестирован прототип измерительной установки для СВЧ-томографии. В этом году прошла первая апробация методики на фантомных объектах.
СВЧ-томография — это высококонтрастная реконструкция опухолей и обнаружение опухолей небольших размеров (менее 1см). В мировой практике ученые давно работают в этом направлении. Однако достичь достаточной точности в диагностике, локализации и характере опухоли пока не удалось. Промышленного СВЧ-томографа в мире до сих пор не существует. Биоимпедансная спектроскопия основана на существенных различиях биоимпедансов (сопротивлений биологических тканей тела при прохождении электрического тока через них) нормальной ткани и опухоли.
«Значения комплексной диэлектрической проницаемости раковой клетки значительно отличаются от диэлектрической проницаемости здоровой. У злокачественной клетки проводимость в разы выше», — рассказал научный руководитель проекта, профессор, заведующий кафедрой «Математика и суперкомпьютерное моделирование» ПГУ, доктор физико-математических наук Юрий Смирнов.
Прототип измерительной установки для СВЧ-томографии состоит из специального прибора — векторного анализатора цепей, компьютера, принимающей и излучающей антенны, направленных друг на друга. На штатив между двумя антеннами помещается исследуемый объект с неоднородностью. Векторный анализатор генерирует сигнал на одну антенну и принимает его на другой. Электромагнитное поле проходит через образец.
«Когда вносим объект между антеннами, электромагнитное поле меняется. Коэффициенты отражения и прохождения электромагнитной волны фиксирует векторный анализатор. Далее по измерениям необходимо восстановить структуру неоднородного объекта, решая сложную математическую обратную задачу», — объяснил Юрий Смирнов.
В планах — создать установку, которая объединит в себе оба метода — СВЧ-томографию и биоимпедансную спектроскопию. Ученые надеются, что разработанный подход позволит добиться требуемой точности в ранней диагностике опасного заболевания.