От фундаментальной науки – к прикладному результату: физики в Армении разрабатывают оптические медицинские приборы

21.09.22 | 11:55

В лаборатории оптики Института физических исследований Национальной академии наук Армении разрабатывают прототипы двух медицинских приборов – устройства лазерно-оптической визуализации и неинвазивного оптического глюкометра. Работа проводится в рамках программы Комитета науки по поддержке передовых исследований. Об этом в беседе с корреспондентом Новости Армении – NEWS.am сообщил директор Института и руководитель лаборатории оптики Арам Папоян.

По его словам, Институт физических исследований традиционно занимался фундаментальными исследованиями, но определенные наработки прикладного назначения у них есть. Например, в лаборатории оптики разработан сверхчувствительный детектор для регистрации слабого импульсного светового излучения, который в Институте используют также для разработок двойного назначения. На основе этого детектора ученые намерены для просвечивающей визуализации биологических объектов использовать световое излучение вместо вредного ионизирующего рентгеновского.

«Поскольку программа поддержки передовых исследований долгосрочная и с хорошим финансированием, мы решили сделать этот проект, и по истечении пяти лет представить ощутимый результат. Как директор института я постоянно слышу от депутатов, членов правительства: мы вам деньги даем, когда у вас будет результат, когда обеспечите внутренний экономический рост? Это нереалистичная постановка вопроса: сегодняшние вложения не дадут результата завтра же, но мы решили показать, что мы уже сегодня работаем и в этом направлении. В этом была наша мотивация участия в данной программе», - сказал Арам Папоян.

Он отметил, что в современной медицинской технике для визуализации тканей и органов человека используется ряд методов: рентгеновский, терагерцевый, гамма, ультразвуковой, ядерно-магнитно резонансный и т.д. Проводятся работы также со световым излучением, но промышленных приборов пока нет, за исключением оптического когерентного томографа, обеспечивающего небольшую глубину проникновения. Сложность заключается в том, что человеческое тело практически не пропускает свет.

«Например, когда вы смотрите на меня, то видите меня, а не стену за моей спиной. Это означает, что в оптическом спектре я непроницаем. Но это в каких-то определенных границах. То есть, свет в основном не проходит свозь меня, но какая-то часть проходит, и наша задача – зарегистрировать ту часть света, которая проходит», - сказал Арам Папоян.

По его словам, во-первых, надо было определить, какой свет использовать. Зеленый свет, например, полностью поглощается хромофорами тканей и крови человека. Оказалось, что есть очень короткое «окно»: излучение в ближайшем инфракрасном спектре (800-1000 нанометров), которое в основном не поглощается, а рассеивается тканями человека, и лишь частично (в мизерной степени) проходит сквозь тело.

Как пояснил Арам Папоян, механизм распространения фотонов в теле человека следующий: в основном фотоны диффузно рассеиваются, не позволяя напрямую формировать и регистрировать изображение. Но помимо диффузных фотонов есть также фотоны, которые движутся наподобие змеи, и их движение более направленно. Например, они могут пройти сквозь кровеносные сосуды. Самые малочисленные – это баллистические фотоны, которые движутся по прямой траектории, и первыми выходят из организма. Но они составляют лишь незначительную, одну миллиардную часть падающего света. Именно эти фотоны и регистрируются разработанными в институте сверхчувствительными датчиками.

Для повышения эффективности регистрации источник света и датчик работают в режиме пространственного сканирования исследуемого объекта. При помощи этой системы, которая в процессе модернизировалась, в институте уже получили изображения ладони человека, а теперь работают над тем, чтобы улучшить визуализацию.

Второй прибор, прототип которого должен быть разработан в институте – оптический глюкометр, принцип действия которого в некоторой степени похож на принцип пульсоксиметра – прибора, широко известного всем из-за пандемии коронавируса.

«Пульсоксиметр определяет степень насыщенности крови кислородом на основе анализа проходящего света от двух светодиодов с разными длинами волн. В случае глюкометра задача сложнее, поскольку трудно обеспечить требуемую точность измерения. Поэтому принцип работы нашего прибора будет основан не только на анализе разницы в поглощении двух сонаправленных лазерных пучков разной длины волны, но и на анализе вращения их плоскости поляризации», - сказал он.

Арам Папоян рассказал, что их основным партнером по данному проекту является всемирно известный специалист в сфере биомедицинской оптики Валерий Тучин.

В группе помимо Папояна еще пять ученых, и двое из них - молодые. В процессе работы группа сталкивается с серьезной нехваткой инженерно-технических кадров, в частности - квалифицированных электронщиков и механиков. По словам руководителя Института, нехватка этих кадров ощущается во всех научных учреждениях Армении, и необходимы срочные меры для повышения качества инженерного образования в стране, а также для возрождения среднего профессионального образования.

Новости Армении - NEWS.am