Физики совершенствуют инструментарий медиков

Сегодня для эзофагоскопии - исследования пищевода - врачи используют инструменты, весьма далекие от совершенства. Теперь немецкие ученые разработали прототип совершенно нового зонда.

Дисфагия - так медики называют состояние, при котором проглатывание пищи затруднено и болезненно. В особо тяжелых случаях дисфагия может привести к афагии, то есть полной неспособности к глотанию. Впрочем, уже и при самых незначительных расстройствах глотания врачи обычно вынуждены прибегать к диагностическим процедурам, одно лишь упоминание о которых вызывает у многих пациентов дрожь. Что и говорить, заглатывать, давясь, толстый катетер - занятие не для слабонервных. Но вскоре эта пытка, возможно, уйдет в прошлое. Немецкие инженеры разработали инструмент для более щадящего исследования глотки и пищевода.

Прототип толщиной со спицу

"Прототип у нас уже готов, - говорит Мартин Беккер (Martin Becker), научный сотрудник Института фотонных технологий в Йене. - На первый взгляд, ничем не примечательный тонкий, толщиной с вязальную спицу, силиконовый шланг белого цвета". Но при ближайшем рассмотрении можно заметить, что из шланга выглядывает тончайшее, тоньше человеческого волоса, оптическое волокно. Внутри него на всем протяжении шланга в сантиметре друг от друга расположены сенсоры, реагирующие на давление. Именно они и являются ключевым элементом нового инструмента. Катетер вводится в пищевод и позволяет детально проследить все особенности перистальтики пищевода в процессе глотания пищи. "Этот процесс занимает 20-30 секунд и протекает строго определенным образом, - поясняет Мартин Беккер. - Те или иные отклонения от нормы дают врачу очень важную информацию, позволяют диагностировать множество самых разных дисфункций и заболеваний - от банальной изжоги или рефлюкса до карциномы пищевода".

Сегодняшним катетерам для такой диагностики присущи два существенных недостатка: во-первых, они довольно толстые, и во-вторых, у них маловато сенсоров. Чтобы получить полное представление о функции пищевода, врач вынужден перемещать катетер то немного вперед, то немного назад, а пациент – все глотать и глотать. Малоприятная процедура - и для врача, и для пациента. Новый инструмент призван решить эту проблему.

Решетка Брэгга

Принцип его действия основан на так называемой оптоволоконной решетке Брэгга. Имеется в виду  дифракционная решетка, которая прочерчивается лучом ультрафиолетового лазера в сердцевине фоточувствительного оптического волокна. Облучая его через специальную маску, можно добиться строго периодического изменения показателя преломления внутри волокна. Такая решетка является узкополосным фильтром, она отражает излучение только одной - так называемой брэгговской - частоты и пропускает практически без затухания излучение других частот. При приложении внешней нагрузки волокно деформируется, и частота отраженного луча изменяется.

"Используя компактные спектрометры, можно с очень высокой точностью измерить изменение этой частоты и таким образом получить нужные данные для медицинской диагностики", - поясняет Манфред Ротхардт (Manfred Rothhardt), коллега Беккера. Йенские физики облучают катетер лучом лазера, работающего в ближней инфракрасной области спектра, и регистрируют частоту отраженного сигнала. Когда пациент совершает глотательное движение, мышцы пищевода, сокращаясь, давят на катетер, и брэгговская решетка в стекловолокне слегка деформируется. "Волокно чуть-чуть растягивается, расстояние между отражающими элементами увеличивается, и частота отраженного излучения меняется", - поясняет Мартин Беккер.

Свести к минимуму

Поскольку параметры брегговской решетки в волокне катетера точно известны, изменение частоты отраженного луча позволяет медикам с высокой точностью определить, какие именно мышцы пищевода в какой момент времени активны и насколько. "Патологические изменения отражаются на распределении давления, - говорит Манфред Ротхардт. - Такая визуализация процесса глотания существенно облегчает и ускоряет диагностику".

Частота отраженного сигнала измеряется с периодичностью 10 раз в секунду - такое временнóе разрешение врачей вполне устраивает. А вот над повышением пространственного разрешения нужно еще поработать. Сегодня технология изготовления катетера такова, что просветы между сенсорами составляют около одного сантиметра. Их-то и предстоит свести к минимуму - а еще лучше, к нулю.