В ПГУ разрабатывают медицинское оборудование для диагностики рака молочной железы

В Пензенском государственном университете (ПГУ) разрабатывают новые технологии для ранней диагностики рака молочной железы неинвазивными методами СВЧ-томографии и биоимпедансной спектроскопии. Ученым удалось создать прототип измерительной установки и провести эксперимент. Работа проводится по госзаданию Министерства науки и высшего образования России. Прорывное исследование стало важным итогом реализации национального проекта «Наука и университеты».

Рак молочной железы — самый распространенный вид рака у женщин. Как и другие онкологические заболевания, этот вид развивается в результате бесконтрольного деления и роста злокачественных клеток. В

«Диагностика на ранних стадиях этого заболевания очень важна. Она позволяет сделать его лечение эффективным», — говорит научный руководитель проекта, д-р физ.-мат. наук, профессор, заведующий кафедрой «Математика и суперкомпьютерное моделирование» ПГУ Юрий Смирнов.

Научный коллектив ПГУ разрабатывает безопасные неинвазивные методы обследования пациентов — метод микроволновой томографии (СВЧ-томографии) и биоимпедансной спектроскопии.  Большой недостаток существующих методов таких, как маммография, — лучевая нагрузка на организм. Многократные обследования пациента нежелательны. А наблюдать за ходом лечения нужно на постоянной основе.

Методы СВЧ-томографии и биоимпедансной спектроскопии не используют ионизирующего излучения. Под его действием повреждаются клеточные структуры, здоровые клетки могут переродиться в раковые. Доза ионизирующего излучения в год не должна превышать определенного порога.

На базе вуза создали прототип измерительной установки для СВЧ-томографии. Кроме того, пензенским исследователям удалось совместить два многообещающих метода диагностики рака груди (СВЧ-томография и биоимпедансная спектроскопия). Они предполагают, что так обследования станут результативнее и информативнее.

Биоимпедансная спектроскопия, по словам ученых, найдет применение в диагностике этой патологии. На базе вуза они создали измерительный комплекс, состоящий из емкостного датчика (стеклянная чаша), по кабелям он подключен к измерителю RLC. На компьютер будут поступать данные анализа объекта. Их проанализирует программное обеспечение. Как и в СВЧ-томографии, расчет произведут математические методы — ноу-хау пензенских ученых.

«Мы модернизировали известную математическую модель Гаврильяка-Негами под решение обратной задачи. Измерения производятся на нескольких частотах. С помощью этой модели мы определяем диэлектрическую проницаемость объекта по формуле, которая в этой технологии заложена. Это лишь одна часть общей технологии», — поделился некоторыми тонкостями разработки профессор.

Он добавил, разработанные новые математические методы и пакеты прикладных программ помогут использовать СВЧ-томографию и биоимпедансную спектроскопию для диагностики рака молочной железы.

В ПГУ также провели два эксперимента. Фантомы на основе водно-солевого раствора и агара-агара с неоднородностью и без нее обследовали с помощью двух установок. Отметим, фантомы изготавливались приближенными к размеру молочной железы. Удалось обнаружить сравнительно небольшие по размеру неоднородности. По словам Юрия Смирнова, разработанные алгоритмические и программные средства сравнимы с зарубежными аналогами: «Наша технология имеет перспективы для разработки на ее основе соответствующего медицинского оборудования».

Так, без дополнительной лучевой нагрузки на организм в ближайшем будущем станет возможно выявлять на ранних стадиях рак молочной железы.

На разработки получено три свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ.

«Мы надеемся, что наш подход, совмещающий в себе два современных метода, позволит добиться требуемой точности в диагностике этого заболевания», — поделился Юрий Смирнов.

Ученые продолжают исследование. В планах — создать установку, которая объединит в себе два метода. По подсчетам исследователей, она будет недорогой, по сравнению с применяемым медицинским оборудованием. Следующий этап работы — проведение клинических исследований и производство промышленного образца.