به گفته‌ی پژوهش‌گران فرانسوی٬ نیروی لورنتسی که با امواج برشی آکوستیکی ترکیب می‌شود به پزشکان در تشخیص بیماری‌های خطرناک کمک خواهد کرد. این تیم پژوهشی نشان داده‌اند که نیروی الکترومغناطیسی با تولید امواج برشی قادر است ارتعاشاتی را در بافت زنده به وجود آورد. بواسطه‌ی این ارتعاشات می‌توان الکتریسیته‌ی بافت مورد نظر را آشکار ساخت. این فناوری در آزمایشگاه به اثبات رسیده و اکنون می‌تواند به عنوان یک فناوری بالینی توسعه یابد.  

یک پزشک مجرب به سادگی و با فشردن انگشتان خود روی بدن بیمار می‌تواند درمورد بدن او اطلاعات زیادی را بدست آورد؛ فرآیندی که لمس نامیده می‌شود. بسیاری از مشکلات پزشکی جدی همچون سرطان سینه را می‌توان به این طریق تشخیص داد٬ چون این نوع از سرطان باعث می‌شود تا بافت‌ها سفت‌تر از حالت نرمال به نظر آیند. برخی از بیماری‌های اندام‌های داخلی همچون تصلب بافت‌های کبدی نیز باعث سفت‌شدن بافت می‌شود اما این اندام‌ها قابل لمس نیستند. هرچند می‌توان با استفاده از فناوری‌های تصویربرداری پزشکی (همچون فراصوت) به کاوش تاروپود بافت‌های داخلی پرداخت٬ اما نتایج حاصل از این  فناوری‌ها چیزی متفاوت از آن‌چه فرآیند لمس نتیجه می‌دهد را اندازه می‌گیرند.

انتشار برشی

وقتی یک بافت ارتعاش می‌کند٬ هم امواج فشار (حرکت عقب-جلو) و هم امواج برشی (حرکت کنار به کنار) پشتیبانی می‌شوند. فناوری‌های فراصوتیِ سنتی در گستره‌ی مگاهرتز عمل می‌کنند که در این فرکانس‌ها امواج برشی تنها چند میکرون در بافت موردنظر انتشار می‌یابند. درنتیجه٬ بسیاری از فناوری‌های فراصوتی٬ برای تعیین مدول فشاری بافت٬ بر استفاده از امواج فشار اتکا دارند.

بافت زنده عمدتاً از آب تشکیل شده که یک سیال تراکم‌ناپذیر است. بنابراین سفتی و سختی آن به چگونگی آسانی حرکت آن به کناره‌ها بستگی دارد تا پزشک بتواند آن را براحتی لمس کند. این کمیت را می‌توان با مدول برشی تعریف کرد که از سرعت امواج برشی در بافت موردنظر محاسبه می‌شود. بنابراین اندازه‌گیری مدول برشی نقشه‌ای از داخل بدن انسان در اختیار پزشکان قرار دهد گویی که آن‌ها می‌توانند به گفته‌ی استوین کتلاین (Stephan Catheline ) عضوی از این تیم و از دانشگاه لیون: «اندام‌ها را لمس کرده و سفتی آن‌ها را محاسبه می‌کنند». 

در چندین سال گذشته پژوهش‌گران راه‌های اندازه‌گیری مدول برشی را با استفاده از امواج برشی (با فرکانس بسیار پائین) توسعه داده‌اند. چنان امواجی قادرند تا بیش از پیش در یک بافت نرم منتشر شوند. با شلیک‌کردن امواج فراصوت متمرکز از طریق پوست به داخل بدن می‌توان این امواج را ایجاد کرد٬ اما این کار اشکالات و نقاط ضعف خود را دارد. به عنوان مثال مغز انسان در مقابل هرگونه شوک و ارتعاش٬ هم توسط جمجمه و هم توسط لایه‌ی نازکی از پوشش مایع مغزی نخاعی محافظت شده است که باعث می‌شود القاء امواج برشی به داخل مغز دشوار گردد.

اکنون کتلین و همکارانش ایده‌ای را موسوم به توموگرافی الکتریکی مغناطیس-آکوستیکی برای ایجاد امواج برشی اقتباس کرده‌اند. این ایده شامل گذراندن جریان الکتریکی متناوبی از بافت موردنظر می‌شود که در یک میدان مغناطیسی قرار گرفته است. نیروی لورنتس حاصله٬ ارتعاشات امواج برشی را در بافت القاء می‌کند. هرچند دیگر محققان از جریان متناوب با فرکانس بالا استفاده کرده‌اند اما این تیم تنها از فرکانس ۱۰-۱۰۰۰ هرتز استفاده کرده است. با استفاده از یک بافت ترکیبی جایگزین‌شده بنام فانتوم و سپس نمونه‌ای از کبد خوک٬ پژوهش‌گران ایده‌شان را به محک آزمایش گذاشته‌اند. آن‌ها نشان دادند که می‌توان با یک جریان الکتریکی و آشکارسازی آن‌ها با استفاده ار مبدل‌های فراصوتی٬ امواج فرکانس پائین را القاء کرد. نتایج آن‌ها در مورد کبد خوک با مقادیر پذیرفته‌شده‌ کشسانی برشی در مورد بافت‌های کبدی سالم همخوانی داشته است.

میدان‌های الکتریکی قوی

قبل از آن‌که پژوهش‌گران بتوانند این ایده را در پزشکی مورد استفاده قرار دهند دشواری‌هایی پیش‌روی آنان وجود دارد. مشکل اول این که محققان برای ایجاد نیروی لورنتسِ به اندازه کافی بزرگ به میدان‌های الکتریکی قوی نیازمندند. آن‌ها تخمین می‌زنند که جریان الکتریکی گذرنده از بافت ۱۰۰۰ برابر بیشتر (البته تنها لحظه‌ای) از حد ایمنی پذیرفته شده باشد. با این وجود اسکنرهای تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI) مدرن می‌توانند میدان‌های مغناطیسی بسیار بیشتر از ۱۰۰۰ میلی‌تسلایی که از طریق آهنرباهای دائمی در آزمایشگاه این تیم وجود دارد را ایجاد کنند: با استفاده از آن می‌توان نیروی لورنتسی مشابهی را با میدان الکتریکی کم تولید کرد. اما مشکل دوم این است که مایع مغز نخاعی که از نفوذ فراصوت به داخل مغز جلوگیری می‌کند از خروج آن نیز جلوگیری می‌کند بنابراین به روش دیگری برای آشکارسازی امواج برشی نیازمندیم. اینجا هم MRI همان‌طور که برای آشکارسازی ارتعاشات بافتی در کلینیک‌ها نیز استفاده می‌شود٬ پاسخ‌گو خواهد بود.

کتی نایتینگل (Kathy Nightingale) متخصص کشسانی‌سنجی (elastography) از دانشگاه دوک در کالیفرنیای جنوبی می‌گوید: «تاکنون آن‌چه در مورد این پژوهش جالب توجه بوده٬ این‌ است که تاجایی که من اطلاع دارم٬ این اولین نمایش از ایجاد امواج برشی با استفاده از رهیافت نیروی لورنتس است». در مورد کشسانی‌سنجیِ کبدی چالش‌های واضحی پیش‌روی متخصصان این زمینه وجود دارد همچون مشکلی که در رابطه با بیمارانی که کبد آن‌ها در عمق زیادتری از پوست قرار دارد مثل افراد چاق. آن‌طور که وی توضیح می‌دهد: «اگر چنان‌چه این کار در این افراد با موفقیت انجام شود٬ که کار قابل توجهی است٬ اما بایستی منتظر ماند و دید».    

این پژوهش در مجله‌ی فیزیکال ریویو لترز منتشر شده است.  

درباره‌ی نویسنده:

تیم وگان (Tim Wogan) نویسنده‌ای علمی در انگلستان است.

منبع: