Ультразвуковые манжеты подогревают кровь на поле боя

Кремниевая ячейка-излучатель нового прибора. Сама по себе она жёсткая, а гибкость ультразвукового манжета достигается за счёт эффекта кольчуги (иллюстрация DARPA).

Тактическая роль солдата и стоимость его подготовки постоянно растут. Перед современным командованием неизбежно возникает проблема пополнения живой силы за счёт возвращения в строй максимального числа раненых. Учёные предложили военным новое решение: портативный полевой детектор, позволяющий добиться свёртывания крови посредством ультразвука.

Большинство операций последнего времени, связанных с серьёзными потерями, велись в условиях плотной застройки. В городе несколько усложняются вопросы медицинского обеспечения. Как, например, в уличной бойне, где каждый лишний шаг может вывести на линию огня, организовать эвакуацию? Непросто, особенно если гражданское население тоже относится к войскам достаточно негативно.

В то же время процент безвозвратных потерь в результате неоказания своевременной медицинской помощи – достаточно серьёзная цифра. Например, согласно официальным данным Министерства обороны США (DoD), с момента вторжения в Ирак (в 2003-м) по сентябрь 2008 года включительно число погибших в ходе боевых действий составило 3376 человек, и около четверти из них – в результате ранений.

Геморрагический шок – состояние, связанное с острой кровопотерей. К тяжёлому шоку приводит потеря более литра или 25% всей крови (у взрослого мужчины весом 70 килограммов объём крови составляет около 4,9 литра). Обратимый шок характеризуется следующими симптомами: запустевают подкожные вены, ощущается похолодание конечностей. При необратимом шоке (кровопотеря более 50%) происходит резкое падение жизненных функций, растёт пульс, а потом раненый теряет сознание (фото с сайта bagnewsnotes.typepad.com).

Одна из распространённых причин потерь – внутреннее кровотечение, зачастую даже более опасное для жизни, чем открытая рана. При самом худшем раскладе оно может привести к необратимому геморрагическому шоку буквально за минуты. Но даже если травма не очень сильная, кровопотерю необходимо остановить в течение нескольких часов, в противном случае риск летального исхода резко возрастает.

Соответственно, военным было необходимо устройство, которое позволило бы, с одной стороны, быстро диагностировать внутреннее кровотечение, а с другой, не менее быстро его остановить. Заказчиком такого девайса выступило агентство DARPA, а проект получил кодовое название «Акустическая коагуляция внутреннего кровотечения» (Deep Bleeder Acoustic Coagulation – DBAC).

Сверхвысокочастотные звуковые колебания используются во многих медицинских приложениях – во всем известном УЗИ, например (иллюстрация DARPA).

Первоначально борьбу вели несколько групп разработчиков. Так, ещё в 2006 году специалисты из американского подразделения Philips Research и лаборатории прикладной физики университета Вашингтона (APL) представили свой прототип «ультразвукового жгута» (ultrasound tourniquet).

Однако в конце сентября нынешнего года военные объявили о заключении контракта с другим консорциумом – в составе компании Siemens, Техасского сельскохозяйственно-механического университета (Texas A&M University) и всё той же лаборатории APL.

Новый «полуавтоматический ультразвуковой манжет» DBAC предназначен для «нейтрализации негативных последствий ранения конечностей» и может быть наложен самостоятельно, причём чуть ли не под огнём противника. Хм-м-м... Лечим кровотечение высокими частотами? Звучит интригующе.

Тысячи обёрнутых вокруг определённой части тела ячеек образуют что-то вроде антенной решётки, только излучающей не электромагнитные волны, а ультразвук (иллюстрация DARPA).

На самом деле исследования в области воздействия ультразвуком (high intensity focused ultrasound) ведутся уже не первый год. В том числе – для бесконтактной хирургии.

В 2001-м даже было создано Международное общество терапевтического ультразвука (International Society for Therapeutic Ultrasound — ISTU), на конференциях которого учёные обсуждают последние достижения в области лечения опухолей, сердечных заболеваний и даже коррекции фигуры с помощью интенсивной акустической волны.

А дело тут вот в чём. Путём фокусировки ультразвука можно добиться локального нагрева внутренних тканей до температуры, достаточной для свертывания крови. Причём без перегрева «ненужных» органов и клеток: вблизи источника излучения интенсивность волны достаточно низкая, так что они не повреждаются. Этот же принцип использован в DBAC.

Кстати, в повседневной жизни эффект Доплера тоже присутствует: у приближающегося автомобиля с включённой сиреной, к примеру, высота звука будет выше, чем когда он поравняется с вами, – тогда сигнал будет более глухим (иллюстрация DARPA).

Но чтобы реализовать на практике эти замечательные свойства сверхвысокочастотных упругих волн, необходимо решить другой вопрос: как провести диагностику – неспециалисту и в буквальном смысле «на коленке».

Для этого разработчики использовали эффект Доплера, то есть изменение частоты и длины волны, вызванное движением источника. Астрофизики с помощью этого явления определяют скорость движения и температуру далёких звёзд, но и в физиологии ему нашли применение: скорость крови можно определить по рассеянию ультразвука в неоднородностях внутренних тканей.

Обёрнутый вокруг повреждённой конечности манжет, напоминающий измеритель давления, «обстреливает» организм ультразвуковыми импульсами – максимальное смещение частоты должно сигнализировать о точке кровоизлияния, которую прибор тут же локализует.

В фокальной области интенсивность «облучения» резко возрастает, и нагрев за счёт поглощения волны достаточен для быстрого теплового разрушения белков (иллюстрация DARPA).

После этого и происходит фокусировка излучения с нагревом тканей и свёртыванием крови. А это позволяет обеспечить дополнительное время для эвакуации – жизненно важное в боевой обстановке.

DARPA ожидает, что рабочий прототип «заживлятеля» появится через 18 месяцев, но отдельные его функции, в том числе ультразвуковая коагуляция, уже были опробованы военными в лабораторных условиях.



Разработан новый метод хирургии на бьющемся сердце

22 октября 2008

Температуру внутренних органов отныне можно измерять бесконтактно

21 октября 2008

Гурманы без бактериальных экскрементов будут оставаться стройными

20 октября 2008

Размер женской груди зависит от количества выпитого кофе

20 октября 2008

Нейропротез позволил обезьяне управлять парализованной рукой

17 октября 2008