Добавил:
Sekretar
kiopkiopkiop18@yandex.ru
t.me/Prokururor I Вовсе не секретарь, но почту проверяю
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Ординатура / Хирургия / Библиотека им академика М.И. Перельмана / Книга_1449_Библиотеки_им_академика_М_И_Перельмана
.pdf
91
Основным методом исследования МЦК является лазерная
допплеровская флоуметрия (ЛДФ), в основу которой положено измерение
допплеровской компоненты в спектре отраженного лазерного сигнала,
рассеянного на движущихся эритроцитах (λ
D
) [59,187]. Данная технология
позволяет проводить динамическую оценку перфузии в микрососудистом
русле органов. Показатель микроциркуляции крови (I
m
) измеряется в
перфузионных единицах (пф.ед.), что является относительным
количественным параметром. Широкие диагностические возможности дает
применение математического аппарата вейвлет-преобразования для анализа
сигналов ЛДФ. Такой подход позволяет оценивать вклад каждого звена
микрососудистого русла, принимающего участие в модуляции кровотока, при
различных физиологических и патологических процессах [295,296].
На рисунке 1.31 приведена общая схема метода ЛДФ, основными
элементами которой является источник лазерного излучения и два
фотодетектора.
Рисунок 1.31 – Обобщенная схема проведения диагностики методом ЛДФ
В качестве источников применяют одномодовые лазерные источники
(лазеры, лазерные диоды) разных длин волн в диапазоне от видимого до
инфракрасного излучения мощностью до 10 мВт. В качестве детекторов
используются фотодиоды.
92
Регистрируемый при ЛДФ показатель микроциркуляции (I
m
)
определяется следующим выражением [59]:
I
m
= К × N
эр
× V
ср
, (1.1)
где К – коэффициент пропорциональности (приборный коэффициент),
N
эр
– концентрация эритроцитов в зондируемом объеме ткани,
V
ср
– средняя скорость эритроцитов в микроциркуляторном русле.
Величина I
m
представляет собой уровень перфузии объема ткани за
единицу времени.
Также метод ЛДФ позволяет изучать особенности регуляции
микрогемодинамики путем оценки колебательных процессов в перфузии с
помощью спектрального анализа. Наиболее распространенным является
подход частотного анализа различных механизмов регуляции кровотока на
основе непрерывного вейвлет-преобразования с использованием в качестве
анализирующего вейвлета комплекснозначный вейвлет Морле следующим
образом [295,297]:
*
1
( , ) ( ) ,
t
W s x t dt
s
s
−
−
=
(1.2)
где x(t) – целевой сигнал,
τ – параметр положения, соответствующий временному сдвигу,
s – масштабирующий коэффициент,
* – комплексное сопряжение.
Вейвлет Морле определяется в виде:
2
2
()
it t
t e e
−
=
(1.3)
93
и используется с параметром затухания σ = 1. Этот вейвлет позволяет
обеспечить достаточное частотно-временное разрешение и хорошо
локализован во временной области.
После применения спектрального анализа рассчитываются амплитуды
колебаний эндотелиального (А
э
, пф.ед.), нейрогенного (А
н
, пф.ед.),
миогенного (А
м
, пф.ед.), дыхательного (А
д
, пф.ед.) и сердечного (А
с
, пф.ед.)
генеза. На рисунке 1.32 приведен пример диагностических данных,
получаемых методом ЛДФ.
а)
б)
Рисунок 1.32 – Диагностические параметры, рассчитанные по сигналу ЛДФ
В абдоминальной хирургии ЛДФ используется для интраоперационной
оценки жизнеспособности кишечника [298–301] и стенки желудка [302].
Данные исследования показывают высокие диагностические возможности
метода ЛДФ оценивать перфузионные нарушения, но не предполагают их
использования в МИХ.
В гинекологической практике ЛДФ признается высокочувствительным
методом измерения локализованной перфузии различных отделов матки, в
первую очередь эндометрия [303–305]. Это позволяет оценить влияние
длительного приема оральных контрацептивов на перфузионные
характеристики эндометрия [306,307], определить рецептивность эндометрия
94
на основе показаний об эндометриальной гемодинамике [308], проводить
диагностику дисплазии и рака шейки матки [309].
Примером внедрения ЛДФ в МИХ является мультимодальная
волоконно-оптическая система (экзогенная флуоресценция 5-
аминолевулиновой кислоты и ЛДФ) для интраоперационной навигации во
время стереотаксических процедур биопсии мозга (рисунок 1.33). Канал ЛДФ
используется для контроля расположения сосудов в таргетной области с целью
снижения риска кровотечения [310].
Рисунок 1.33 – Мультимодальная волоконно-оптическая система для
интраоперационной навигации во время стереотаксических процедур
биопсии мозга: схема системы (а), конфигурация волокон в зонде (б) [310]
Несмотря на то, что метод ЛДФ высокочувствителен к перфузионным
нарушениям, широкого клинического применения в МИХ он не нашел. Это
может быть связано со сложностью длительной регистрации сигнала ЛДФ
(вследствие высокой чувствительности к артефактам движения) и
недостаточной методологической проработкой.
95
Еще одним методом оценки перфузионных нарушений в клинической
медицине является метод лазерной спекл-контрастной визуализации
(ЛСКВ) [311]. Метод ЛСКВ завоевывает все большее внимание
исследователей и клиницистов вследствие того, что данная технология
позволяет регистрировать изменения кровотока в реальном масштабе времени
с высоким пространственным и временным разрешением [311–316]. Метод
ЛСКВ основан на регистрации случайной спекл-интерференционной картины,
формирующейся на детекторе (цифровая камера), собирающем обратно
рассеянный свет от поверхности ткани, освещенной когерентным лазерным
излучением (рисунок 1.34) [317,318].
Рисунок 1.34 – Обобщенная схема проведения диагностики методом ЛСКВ
Движение частиц внутри освещенной среды вызывает
пространственную неоднородность рассеянного излучения, регистрируемого
детектором, и приводит к размытому изображению из-за усреднения за время
установленной выдержки. В дальнейшем, временная и пространственная
статистика структуры спекла используется для получения информации о
96
движении рассеивающих частиц (при исследовании МЦК выбирают длины
волн красного и ИК диапазонов для регистрации движения эритроцитов).
Преимуществами ЛСКВ являются возможность проводить бесконтактные
измерения микроциркуляторных нарушений в реальном масштабе времени,
создавая двумерное изображение перфузии необходимой области с хорошим
временным и пространственным разрешением при разумной стоимости
установки.
Результаты ЛСКВ не являются количественными, а выражаются в виде
значений интенсивности светового потока и пересчитываются в
относительных единицах пространственного, временного или
пространственно-временного спекл-контраста (K) с возможностью
формирования изображений спекл-перфузии исследуемой области [319,320]:
P
лскв
= 1/K
2
, пф. ед. (1.4)
Технически метод ЛСКВ может быть достаточно просто реализован с
помощью источников лазерного излучения зеленой, красной или ближней ИК
области, диффузоров, коллиматоров, поляризаторов и высокоскоростных
камер, поэтому это один из самых перспективных методов для внедрения в
МИХ в тех областях, где остро стоят проблемы контроля нарушения МЦК
органов.
ЛСКВ позволяет эффективно оценивать МЦК печеночной паренхимы
[321], в том числе у пациентов, перенесших резекцию печени [322], у
лабораторных животных (крыс) после расширенной гепатэктомии [323], а
также у лабораторных крыс с индуцированным сепсисом [324]. Использование
ЛСКВ позволило изучить влияние острого перитонита на МЦК внутренних
органов [325], оценить в клинических условиях влияние реконструктивных
операций верхних отделов желудочно-кишечного тракта и анестезии на
микрососудистую перфузию желудка [326–328], количественно оценить
перфузию кровью кишечника в режиме реального времени во время
97
колоректальной хирургии [329,330] у лабораторных животных. Также было
показано успешное применение метода ЛСКВ для контроля кровоснабжения
кишечника [331] и поджелудочной железы у крыс [332], в том числе с
индуцированным сахарным диабетом [333] и др. Количественное сравнение
лапароскопических ICG и ЛСКВ технологий интраоперационной
визуализации кровотока почек и внепеченочных желчных протоков в свиной
модели показали, что ЛСКВ не уступает ICG в диагностических возможностях
контроля перфузионных параметров биологических тканей [334,335].
Экономическая и техническая привлекательность метода вызвали
большой интерес и появление целого ряда работ, описывающих интеграцию
технологии ЛСКВ в стандартную эндоскопическую технику (как правило, с
использованием жестких эндоскопов). Все системы построены по одному
принципу: свет от источника лазерного излучения с диффузором заводится
через отверстие эндоскопа (лапароскопа) для освещения биологической ткани,
а формируемая спекл-картина регистрируется высокоскоростными камерами
(рисунок 1.35) [336,337].
Рисунок 1.35 – Схема системы эндоскопической ЛСКВ [336]
Преклинические исследования с участием лабораторных животных
показали возможность визуализации кровотока с высоким пространственно-
временным разрешением через эндоскопическую систему в сетчатке [338], в
ушной улитке [339], в различных отделах кишечника и брыжейки [340].
98
Также системы начали внедряться в клиническую МИХ для
визуализации перфузии кишечника без необходимости введения контрастных
веществ [341,342].
Неотъемлемым недостатком метода ЛСКВ является его
чувствительность к артефактам движения. Решение данной проблемы лежит в
плоскости усовершенствования программного обеспечения, улучшения
приборной реализации, в том числе переход к высокоскоростным камерам и
меньшим временам экспозиции, что позволит реализовать высокоскоростной
протокол регистрации спекл-структур.
Одним из перспективных и активно развивающимся в последнее время
является мультимодальный подход к ОД, когда в диагностической системе
реализуются одновременно две и более оптические технологии [176,187,343–
345]. Как правило, такой подход позволяет получить диагностическую
информацию практически из одного диагностического объема биологической
ткани и иметь всестороннее описание перфузионных и метаболических
изменений, происходящих в ней. Однако, необходимо помнить, что
применение нескольких модальностей в одной диагностической технологии
не всегда приводит к улучшению диагностической эффективности [346].
Мультимодальная ОД активно используется для исследования
перфузионно-метаболических изменений в тканях для решения ряда
клинических задач. Наиболее часто используется комплементарное
применение методов ФС и СДО. В таблицу 1.4 сведены данные ex vivo и
преклинических in vivo (с использованием лабораторных животных)
спектроскопических исследований в области хирургии на основе
мультимодальной интраоперационной оптоволоконной диагностики.
99
Таблица 1.4 – Обзор методов мультимодальной интраоперационной оптоволоконной ОД
№
Решаемая задача
Методы (длина
волны возбуждения
λ
ex
)
Анализируемые/
рассчитываемые
диагностические параметры
Метод
классификации
данных / алгоритм
Диагностическая
эффективность /
диагностическое
суждение
1
2
3
4
5
6
7
Кишечник
1
Дифференциация
колоректального
рака и
нормальной ткани
кишечника
1) СДО
2) ФС (λ
ex
= 377 нм)
СДО: объемные доли воды,
липидов, концентрация
гемоглобина и β-каротина,
параметры рассеяния.
ФС: редокс-отношение,
максимальный пик
интенсивности флуоресценции
в диапазоне 630-680 нм
CART
Se = 95%, Sp = 88%
[347]
Легкие
2
Классификация
здоровой,
окружающей
опухоль и
злокачественной
тканей легкого
1) СДО (УФ,
видимой и ИК
области)
2) ФС (λ
ex
= 365 нм)
СДО: объемные доли воды,
липидов, концентрация
гемоглобина, тканевая
сатурация, параметры
рассеяния.
ФС: максимальная
интенсивность флуоресценции
PCA
Все образцы можно четко
отнести к трем группам на
предложенном графике
PCA
[348]
3
Классификация
доброкачественны
х и
злокачественных
опухолей легкого
1) СДО (УФ,
видимой и ИК
области)
2) ФС (λ
ex
= 365 нм)
СДО: объемные доли воды,
липидов, концентрация
гемоглобина, тканевая
сатурация, параметры
рассеяния.
ФС: нормализованные
интенсивности флуоресценции
Логистическая
регрессия
Se = 77,3 %, Sp = 73,1%
[349]
100
Продолжение таблицы 1.4
1
2
3
4
5
6
7
Молочная железа
4
Классификация
нормальных
тканей молочной
железы,
фиброзно-
кистозных
изменений,
фиброаденомы и
инфильтрирующе
й протоковой
карциномы
1) СДО
2) ФС (λ
ex
= 340 нм)
СДО: концентрация
гемоглобина и β-каротина,
параметры рассеяния.
ФС: коэффициенты
соответствия интенсивности
флуоресценции НАДН и
коллагена
ЛДА
Se = 100 %, Sp = 96 %
Точность: 91 %,
[350]
5
Классификация
нормальных
тканей молочной
железы и
новообразований
1) СДО
2) ФС (λ
ex
= 365 нм)
Спектры СДО и ФС
Разреженная
мультиноминальная
логистическая
регрессия SMLR
(Sparse Multinomial
Logistic Regression)
Se = 85 %, Sp = 96 %
[351]
1) СДО
2) ФС (λ
ex
= 300-
600 нм)
СДО: коэффициенты
поглощения и рассеяния.
ФС: интегрированные матрицы
интенсивности возбуждения-
эмиссии флуоресценции
SVM
Se = 81-84 %,
Sp = 75-89 %
[352]
1) СДО
2) ФС с временным
разрешением (λ
ex
=
447 нм)
СДО: наклон спектра
диффузного отражения в
различных спектральных
диапазонах
ФС с временным разрешением:
τ1, τ2, a1, a2 and τm
ЛДА
Точность классификации:
1) СДО: 96,4 ± 0,8%,
2) ФС с временным
разрешением: 92,3 ± 0,8%
3) СДО и ФС с временным
разрешением: 96 ± 1,3%
[353]
Соседние файлы в папке Библиотека им академика М.И. Перельмана