3.1.2. Зонды бокового обзора

Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

Файл:

Эластография мягких биологических тканей и эндоскопические исследования с помощью оптической когерентной томографии. Монография.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 86 7 8 > Следующая >>>

сил широко описаны в научной литературе [49 – 53], но достаточно редко используются в реальной клинической практике.

Электростатические зонды могут использовать диссипативный полимер для достижения консольных колебаний при постоянном напряжении. При применении высокого напряжения (1…3 кВ) возможным является получение углового диапазона в 33 градуса при прямом сканировании эндоскопическим зондом [50]. Известны зонды с ма

гнитным преобразователем, волокни-

стым кантилевером и прикрепленным металлическим шариком

[49 – 52].

Преимущества электростатических зондов заключаются в широком угловом диапазоне сканирования, а недостатки – в необходимости подачи высокого напряжения на дистальную часть зонда для обеспечения его нормальной работы. Преимущества зондов с магнитным приводом заключаются в низком электропитании, а недостатки в громоздкости этой конструкции.

3.1.2. Зонды бокового обзора

Зонды бокового обзора являются наиболее распространенным типом катетеров для эндоскопической ОКТ [49 – 61].

Проксимальные сканирующие катетеры бокового обзора имеют моторизованные сканирующие узлы, расположенные вне катетера, т.е. на его проксимальном конце [49, 51]. Это исключает необходимость наличия электрических проводов и механизмов сканирования внутри самого катетера. Оптическое волокно катетера обычно заключено внутри специальной ка

тушки, которая передает крутящий момент, создаваемый двигателем постоянного тока по всей длине катетера, обеспечивая тем самым получение 360-тиградусного обзорного структурного ОКТ изображения. Оптическая система, как правило, обычно состоит из одномодового световода, линзы с градиентным показателем преломления и зеркала для отклонения света в радиальном направлении [50].

Ключевым недостатком проксимального сканирования является то, что трение по длине катетера может приводить к неравномерному вращательному движению, что приводит к очевидному растяжению (в случае отрицательного ускорения) или сжатию (в случае положительного ускорения) ткани на ОКТ изображении. Но существуют методы (использование специальных смазок, покрытий, многослойные катушки) для уменьшения это

го эффекта. В целом, проксимальные катетеры являются надежными и универсальными и поэтому широко используются.

Дистальные сканирующие эндоскопические зонды бокового обзора микромотора отличаются тем, что механизм сканирования расположен внутри самого катетера [49 – 55]. Такой подход обеспечивает более высокую скорость сканирования, чем у проксимально сканирующих зондов бокового обзора, к тому же искажения на изоб

ражениях намного меньше.

Оптическая система эндоскопического зонда бокового обзора с дистальным сканированием чаще всего содержит зеркальную поверхность призмы или стержня, установленную на двигателе и используемую для дефлекции излучения, а также линзу с градиентным показателем преломления для передачи излучения. Для электропитания двигателя и управления его работой вместе с оптическим воло

кном в эндоскопическом зонде проложены тонкие

электропровода [50].

Ключевыми недостатками эндоскопических зондов бокового обзора с дистальным сканированием являются вибрации, вызванные работой микромотора и узкий угловой обзор. Однако использование ультразвукового двигателя может полностью устранить второй недостаток.

Использование в эндоскопическом зонде бокового обзора микроэлектромеханической системы поля позволяет организовать высокоточное растров

ое сканирование в прямоугольных координатах с получением квази-кубических объемных данных. Оптическая система таких зондов, как правило, устроена следующим об-

разом: излучение фокусируется объективом, изготовленным из материала с градиентным показателем преломления, на зеркало, как и в других конструкциях, но вместо поворота зеркало наклоняется. Микроэлектромеханические системы могут приводиться в движение электростатически, электромагнетически и электротермически, причем каждый подход имеет свои преимущества и недостатки [48 – 51, 67].

Преимущества эндоскопических зондов бокового обзора на

основе мик

роэлектромеханической системы состоят в относительно небольших искажениях, возможности получения информации о поляризации излучения, удобстве позиционирования. Недостатками таких зондов является относительно сложная их конструкция и высокая стоимость.

Еще одним вариантом эндоскопических зондов бокового обзора являются катетеры с пьезо-волоконным сканированием [50, 65]. В таких зондах пьезоэлектрический преобразователь вызывает механические изг

ибы оптического волокна, излучение из этого волокна через линзу с градиентным показателем преломления попадает на призму бокового обзора, откуда на исследуемый биообъект. Такая конструкция весьма эффективна в сочетании с высокоскоростной ОКТ системой, когда достигается баланс между скоростью приема и обработки изображений и скоростью сканирования зонда [49, 52].

Преимущества эндоскопических зондов бо

кового обзора с пьезо-волоконным сканированием заключаются в поляризационной чувствительности, высокой производительности и относительно небольших искажениях, а недостатки – в сложности конструкции и высокой ее стоимости.

Таким образом, существует множество методов, используемых для обеспечения кругового сканирования, но ключевые из них основаны на использовании микромоторов, микроэлектромеханических с

истем или пьезо-волоконного скани-

рования.

3.2. МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА ЭНДОСКОПИЧЕСКОЙ ОПТИЧЕСКОЙ КОГЕРЕНТНОЙ ТОМОГРАФИИ

Как уже было указано выше, эндоскопическая ОКТ – разновидность метода ОКТ, отличающаяся конструкцией плеча образца. Это плечо является выносным и чаще всего сменным. Что же касается конструкции остальной части эндоскопической ОКТ системы, то она во многом является классической (рис. 11, 12).

Большинство ОКТ систем построены по схеме интерферометра Майкельсона [1, 7, 49]. Источником излучения чаще всег

о является суперлюминесцентный диод (СЛД), позволяющий получать пучок излучения низкой когерентности.

Системы разрешенной по времени эндоскопической ОКТ имеют следующий принцип действия (рис. 11). С помощью светоделителя излучение СЛД расщепляется на два пучка, один из которых посредством эндоскопического зонда фокусируется на исследуемый биологический объект или его часть, а второй – в опорное плечо. Отразившееся от точки внутри исследуемого объекта и от сканирующего зеркала (предназначено для выравнивания оптического пути, пройденного двумя волнами) опорного плеча излучение рекомбинируют и направляют на фотодетектор, который регистрирует значение интенсивности суммарного оптического поля. Аналоговый сигнал фотодетектора оцифровывается, усиливается, фильтруется и обрабатывается компьютерной системой. Далее скан

еры в опорном плече и в плече образца синхронно смещаются, регистрируется сигнал, отразившийся от другой точки внутри исследуемого объекта и т.п. При таком подходе структурное ОКТ изображение фактически формируется из отдельных точек за счет сканирования по пространству и по глубине [1].

Главным недостатком ОКТ системы во временной области

является низкая скор

ость сканирования, вызванная наличием механического движения в опорном плече. Поскольку высокая скорость сканирования критически важная для эндоскопической ОКТ время-разрешенные системы постепенно вытесняются с рынка.

В системах разрешенной по частоте (спектральной) эндоскопической ОКТ излучение источника излучения также делится на две части. Один пучок излучения посредством эндоскопического зонда фокусируется на исследуемый биологический объект или его часть, а второй направляется в опорное плечо. Но опорное плечо вместо сканирующей системы содержит жестко фиксированное зеркало. Отразившееся от исс

ледуемого объекта и от зеркала опорного плеча излучение рекомбинируют и направляют в спектрометр. Цифровой сигнал спектрометра обрабатывается компьютерной системой. Далее сканер в плече образца смещается, регистрируется сигнал отразившейся от другой части исследуемого объекта и т.п. При таком подходе каждая итерация пространственного сканирования дает отдельный А-скан, а с

канирование по глубине фактически отсутствует (заменено математической обработкой сигнала со спектрометра), что обеспечивает высокую скорость сканирования при достаточно высоком качестве получаемых структурных изображений

[1, 49 – 55].

Большая часть производящихся в настоящее время систем

для эндоскопической ОКТ работают с разрешением по частоте.

3.3. ДОПЛЕРОВСКИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ

В ЭНДОСКОПИЧЕСКОЙ ОПТИЧЕСКОЙ

КОГЕРЕНТНОЙ ТОМОГРАФИИ

Эндоскопическая ОКТ позволяет получать не только структурные, но и функциональные изображения. Наиболее распространенным вариантом функциональной диагностики на основе эндоскопической ОКТ является цветовое доплеровское картирование кровотока в исследуемых биологических объектах или их отдельных частях [49].

Важно отметить, что пространственное разрешение в режиме доплеровского картирования не уступает разрешению в режиме получения структурных изображений [49, 67 – 69].

Основным направлением практического использования эндоскопической ОКТ с функцией доплеровского картирования является получение структурных и функциональных изображений микропористой поверхности стенок желудочно-кишечного тракта [64].

Информация о кровоснабжении исследуемых тканей помогает выявить скрытые патологии. Например, кровеносные сосуды и слизистые железы часто трудноразличимы в структурных изображениях, но четко различимы на доплеровских карт Кровеносные сосуды дают доплеровский сдвиг в несущей частоте, в то время как слизистые железы такого воздействия на интерференционный сигнал не оказывают. При доплеровском картировании важным является размещение катетера в положении устойчивого контакта с исследуемым биообъектом, чтобы с одной стороны получить высококачественные структурные и функциональные изображения, а с другой ст рушения микроциркуляции из-за чрезмерного давления зонда на исследуемую ткань. Такой подход позволяет идентифицировать дисплазию желудка [52], в том числе обнаруживать пищевод Баррета [49 – 52].

Эндоскопическая ОКТ с функцией доплеровского картирования может быть использована для оценки эффективности лечения и рисков внутренних кровотечений in vivo [57 – 65].

ороны – чтобы предотвратить на-

ограммах.

3.4. СОВМЕЩЕНИЕ ЭНДОСКОПИЧЕСКОЙ

ОПТИЧЕСКОЙ КОГЕРЕНТНОЙ ТОМОГРАФИИ

С ДРУГИМИ МЕТОДАМИ МЕДИЦИНСКОЙ

ВИЗУАЛИЗАЦИИ

Контрастность структурных ОКТ изображений определяется поглощающими и рассеивающими свойствами исследуемой ткани. При этом есть два принципиальных ограничения: отсутствие молекулярной чувствительности и ограниченная глубина сканирования. Преодолеть эти ограничения возможно за счет объеди-

нения ОКТ с другими методами медицинской визуализации в мультимодальную систему [57, 59, 63, 64]. В частности весьма перспективными являются системы, сочетающие эндоскопическую ОКТ и флуоресцентную диагностику, а также эндоскопическую ОКТ и УЗИ диагностику. Рассмотрим эти варианты подробнее.

Совмещение эндоскопической ОКТ и флуоресцентной визуализации может быть реализовано посредством множества различных технических решений. Напри

мер, бимодальный эндоскоп на дистальном конце может содержать зонд для получения ОКТ изображения и зонд диффузной флуоресцентной спектроскопии. Посредством перемещения зонда в прямом и обратном направлении выполняется визуализация поперечного сечения методом ОКТ (латеральная глубина) и 1D-спектроскопия флуоресценции (без информации о глубине). Чтобы свести к минимуму размер зонда мо

жно убрать из зонда систему сканирования и выполнять визуализацию посредством физического перемещения зонда [49 – 57].

В случаях использования ОКТ зондов бокового обзора могут возникнуть проблемы с вращающимся соединением. В работах [49 – 52, 57 – 59] описаны системы мультимодальной диагностики со специальным волоконно-оптическим объединителем, который может производить эффективную селекцию интерференционного сигнала ближнего ИК ди

апазона и флуоресцентно-

го излучения.

Бимодальные системы, объединяющие в себе УЗИ и ОКТ диагностику в последние время пользуются особенной популярностью. Конструктивно возможным является близкое пространственное размещение УЗИ датчика и системы оптического сканирования, однако совместно регистрировать обратно отраженный акустический и интерференционный сигналы довольно сложно. Изображения получаются немного с

мещенными друг относительно друга. Улучшенная конструкция бимодального эндоскопа предусматривает совместную систему сканирования [60]. И оптическое и акустическое излучение отклоняется одним

и тем же сканирующим зеркалом для обеспечения единого бокового обзора. Оптическая система дистального конца зонда и ультразвуковой преобразователь заключены в латунную трубку с окном для прохождения луча. Боковое сканирование методом ОКТ и ультразвуковая визуализация выполняются путем вращения всего зонда с помощью волоконно-оптического поворотного соединения (для ОКТ), интегрированного с то

косьемным кон-

тактным кольцом (для УЗИ) на проксимальном конце.

3.5. ЭНДОСКОПИЧЕСКАЯ ОПТИЧЕСКАЯ

КОГЕРЕНТНАЯ ТОМОГРАФИЯ В МЕДИЦИНЕ

Многочисленные применения эндоскопической ОКТ в реальной клинической практике (рис. 13) включают в себя [49, 52, 57] диагностику желудочно-кишечного тракта, дыхательных путей, мочеполовой системы, оториноларингологию, стоматологию и т.п.

Рис. 13. ОКТ изображение слизистой оболочки

Наиболее изученным применением метода эндоскопической ОКТ в медицине является диагностика заболевания под названием пищевод Барретта. Оно представляет собой предраковые изменения нормальной слизистой оболочки пищевода и является чрезвычайно опасным (5-летняя выживаемость пациентов только в 15 – 20% случаев).

Ключевой проблемой, связанной с лечением больных с пищеводом Барретта является то, что большинство из них не знают, что у них ес

ть факторы риска, требующие постоянного скринингового обследования. Для пациентов с пищеводом Барретта обследования должны проводиться довольно часто, чтобы определить, развивается ли у них дисплазия или ранний рак. Как известно, лечение онкологии на ранней стадии более эффективно [65 – 68].

Классический подход к диагностике пищевода Барретта ос-

нован на эндоскопии с биопсией. Эт

о довольно дорогостоящее и сложное сочетание для скрининговых исследований, поэтому заболевание чаще всего диагностируется уже на поздних стадиях. Однако использование метода эндоскопической ОКТ позволяет диагностировать структурную морфологию стенок пищевода, в том числе дисплазию. С развитием методов 3D-сканирования в эндоскопической ОКТ также появилась возможность визуализации всего пищевода в ми

кроскопическом масштабе [49 – 52], что еще более повышает диагностическую ценность эндоскопической ОКТ применительно к пищеводу Барретта. Также весьма ценными с диагностической точки зрения являются доплеровские изображения стенок пищевода. Такие изображения позволяют дифференцировать здоровые и паталогические ткани по особенностям микроциркуляции.

Известны варианты применения эндоскопической ОКТ для

диагностики заболеваний желудка и тонко

го кишечника [63 – 67]. Результаты многочисленных клинических испытаний свидетельствуют о принципиальной возможности диагностики новообразований, по уровням гомогенности, обратного рассеяния

ИК излучения тканями эпителия и васкуляризации. К тому же пространственное разрешение метода эндоскопической ОКТ является достаточным для четкой визуализации кишечных ворсинок, состояние которых является важным параметром в диетологии [50, 65].

Среди клинических применений эндоскопической ОКТ для диагностики дыхательной системы можно выделить диагностику рака легких (наиболее распространенной причины смерти от онкологического заболевания). Эндоскопическая ОК

Т позволяет обнаружить неоплазию как область с более высоким обратным рассеянием ИК излучения и потерей или истончением слизистого и подслизистого слоя. Другим важным применением эндоскопической ОКТ для диагностики дыхательных путей является их 3D-реконструкция с целью прогнозирования особенностей течения астмы и хронической обструктивной болезни легких. Также следует отметить пе

рспективность использования доплеровских приложений эндоскопической ОКТ для оценки состояния дыхательной системы. Получение актуальной информации о состоянии трехмерной сосудистой сети в легочной ткани позволяет повысить эффективность мониторинга астмы, хронической обструктивной болезни и онкологических заболеваний

[49, 51, 58].

Клинические применения эндоскопической ОКТ для диагностики мочеполовой системы включают в себя обследование мочевого пуз

ыря, уретры и простаты с целью диагностики новообразований. Причем доплеровские приложения эндоскопической ОКТ могут быть весьма полезны для оценки состояния кровеносных сосудов простаты при процедуре радикальной протектомии [52].

Оториноларингологические применения эндоскопической ОКТ в основном заключаются в визуализации микроструктуры различных гортанных патологий. К тому же эндоскопическая ОКТ фактически на

иболее точный метод для количественной и

качественной оценки изменений голосовых связок [49, 65].

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 86 7 8 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]