Звук высокой частоты — ультразвук ужедавно используется в медицине не только для диагностики, но и в инструментах, с помощью которых разрушают поражённые ткани.

В частности, в клиниках России и мира так лечат миому матки и рак предстательной железы.

Ультразвук большой мощности вызывает в точке воздействия высокое давление и сильный нагрев тканей, вследствие чего происходит денатурация (изменение свойств) белков и опухоль разрушается.

При импульсном излучении ультразвука опухоль разрушают ударные волны, а потом организм человека с помощью внутренних ресурсов избавляется от отмершей ткани. Эти методы представляют большой интерес, поскольку не требуют тяжёлых хирургических операций.

Внутренние опухоли нередко находятся довольно глубоко, на большом удалении от поверхности тела. В таких случаях использование мощных одиночных излучателей ультразвука неэффективно, ведь ультразвук будет воздействовать на ткани на всём пути, по которому проходит, добираясь до очага поражения. При этом сильно пострадают здоровые ткани, расположенные близко к излучателю.

На помощь врачам приходят многоэлементные фазированные решётки. Так называют сложные антенны, содержащие большое количество излучателей, каждым из которых можно управлять по отдельности.

Ультразвук легко проникает внутрь человеческого тела, а излучение каждого отдельною элемента решётки достаточно слабо и безопасно для человека.

Параметры лучей задаются таким образом, чтобы они собрались и сложились в определённой точке внутри тела, где необходимо произвести воздействие. Это похоже на то, как линза собирает в своём фокусе лучи Солнца в одно яркое пятно, способное прожечь дерево. В случае решёток также говорят об их фокусе. С помощью электронного управления параметрами излучения фокус можно перемещать.

Проблема, однако, в том, что на пути к опухоли ультразвук поглощается здоровыми тканями и костями и к фокусу приходит настолько ослабленным, что его интенсивности для разрушения опухоли может и не хватить. Для решения проблемы необходимо повысить суммарную интенсивность ультразвука, увеличив число излучателей.

Мощность увеличивать нельзя, чтобы не повредить здоровые ткани. Простое увеличение размеров решётки также не годится,так как это, с одной стороны, усложнит и ухудшит фокусировку и приведет к тому, что воздействие может выйти за пределы опухоли, а с другой — сделает устройство более громоздким.

Единственный выход — увеличить плотность размещения излучателей на решётке. Это тоже непростая задача, ведь нужно обеспечить не только безопасность здоровых тканей, но и управление фокусировкой. В существующих устройствах с периодическим расположением излучающих элементы их плотность невелика.

Исследователи из лаборатории медицинского и промышленного ультразвука (LIMU) Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова разработали устройство с непериодическим расположением излучающих элементов по спирали, в центре которой датчик для контроля очага воздействия. При этом используется не менее 85% площади активной поверхности решётки.

Новая работа физиков из МГУ над совершенствованием ультразвуковой хирургии позволит удалять опухоли из самых разных органов, содержащих мягкие ткани, сквозь которые проходят ультразвуковые волны: из печени, почек, щитовидной железы, желудка, даже из глаза.

В то же время, Американским учёным удалось разработать технологию преобразования света в фокусированный ультразвуковой луч, способный проникать в ткани и оказывать точечное воздействие на клетки.

Идея сотрудников Мичиганского университета полностью меняет представление об ультразвуке как достаточно «грубом» методе, эффективном лишь в тех случаях, когда необходима достаточно большая площадь воздействия (в литотрипторах, ультразвуковых сканерах, УВЧ аппаратах).

Новый метод более чем в сто раз повышает точность «наведения» луча. Это значит, что волновым скальпелем можно будет проводить неинвазивные микрохирургические вмешательства, девитализировать опухоли, устранять закупорку сосудов и косметологические дефекты.

Предложенная ультразвуковая система последовательно реализует несколько функций:

• преобразование света в звук,
• фокусирование на микроскопическом пространстве,
• усиление звуковых волн.

Линзы устройства исследователи обработали слоями углеродного наноматериала (поглощающего свет и генерирующего тепло) и полидиметилсилоксана (эластичной субстанции, расширяющейся под воздействием тепла и существенно повышающей генерируемый сигнал).

Вследствие последовательной трансформации удаётся получить мощное давление, эффективное при лечении многих заболеваний.

Оперирование на клеточном уровне (зона воздействия составляет всего 75×400 мкм) позволяет обойти нервные волокна и добиться абсолютной безболезненности лечения.