Врачи часто сталкиваются с трудностями, пытаясь заглянуть глубоко внутрь человеческого тела, чтобы обнаружить и лечить заболевания. Тело представляет собой сложную сеть крошечных извилистых проходов, доступ к которым может быть затруднен, особенно в таких областях, как сердечно-сосудистая и дыхательная системы.

Для исследования этих областей врачи обычно используют эндоскопы — тонкие гибкие трубки с подсветкой, а иногда и камерами. Однако большинство все еще слишком велики, чтобы достичь самых маленьких пространств тела, таких как узкие кровеносные сосуды или крошечные ветви легких. Теперь новый тип системы линз для эндоскопов может изменить это.

Группа ученых под руководством профессора Арки Маджумдара из Вашингтонского университета разработала специальную систему линз, которая позволит врачам заглянуть в эти крошечные, труднодоступные места. Она представляет собой «металинзу» — плоскую, легкую линзу, созданную из микроскопических структур, которые точно контролируют свет. Эта металинза может сделать эндоскопы намного меньше и гибче, что позволит врачам достигать ранее недоступных участков внутри тела. Эта новая система линз может уменьшить размер некоторых эндоскопов более чем на 50%, что позволит исследовать узкие пространства, такие как мелкие артерии в мозге или глубокие кровеносные сосуды в сердце.

Для пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями это может улучшить раннее выявление и лечение серьезных заболеваний, таких как инфаркты и инсульты, которые являются основными причинами смерти во всем мире. Поскольку система использует камеру в реальном времени, она может предоставлять врачам высококачественную визуальную обратную связь немедленно во время процедур, помогая сократить количество врачебных ошибок и повысить показатели успешности лечения. Важно, что эта новая система металинз также обеспечивает более четкие и подробные изображения, чем рентгеновские лучи, не подвергая пациентов вредному излучению.

Объектив работает за счет так называемой хроматической аберрации — распространенного оптического эффекта, при котором не все цвета света фокусируются в одном и том же месте. Хотя хроматическая аберрация часто может искажать изображения, команда Маджумдара превратила ее в функцию: разные цвета используются для создания трехмерной, цветной карты глубины просматриваемой области. Этот подход также использует «количественную фазовую визуализацию», которая позволяет объективу захватывать полноцветное 3D-видео в реальном времени. Поскольку он не требует сложных вычислений, он особенно полезен для медицинских процедур, где важна быстрая обратная связь.

Ширина крошечной металинзы составляет всего около 0,5 миллиметра, что примерно соответствует ширине пяти человеческих волос. В отличие от многих современных эндоскопических технологий, этот небольшой размер и передовая технология визуализации позволяют устройству получать доступ к небольшим, труднодоступным частям тела без необходимости использования большого оборудования.

Теперь, когда исследовательская группа продемонстрировала эту новую концепцию линзы, они планируют построить прототип для тестирования на моделях человеческих органов в течение следующих двух лет. В случае успеха они перейдут к клиническим исследованиям, надеясь в конечном итоге вывести эту технологию на медицинский рынок.

Долгосрочная цель — разработать продукт, который можно было бы широко использовать в медицинских учреждениях, однако исследователи предупреждают, что может потребоваться много лет, чтобы увидеть его полный эффект.

Профессор Эрик Сейбел, который десятилетиями разрабатывал эндоскопы, видит в этом большой шаг вперед. «Мы пытаемся расширить глаза хирурга глубже в тело», — сказал он.

Хотя для того, чтобы эта технология стала повседневным применением, может потребоваться время, она может значительно улучшить методы диагностики и лечения заболеваний у врачей, что окажет долгосрочное влияние на уход за пациентами.