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
121
Исследования ЛДФ проводились согласно методике, описанной выше.
Регистрация ЛСКВ-изображений проводилась с помощью
экспериментальной установки, разработанной на базе НТЦ биомедицинской
фотоники ФГБОУ ВО «Орловский государственный университет имени И.С.
Тургенева» [383]. Полученные спекл-изображения передавались на
персональный компьютер для последующего анализа с применением
разработанного алгоритма в программной среде Matlab.
Для оценки динамических изменений МЦК в исследуемой области
использовался пространственно-временной алгоритм анализа статистики
спеклов, расчет среднего спекл-контраста проводился по формуле:
k
N
N
I
K
=
, (1.7)
где ˂ ˃ – символ усреднения;
N – окно усреднения N×N, N = 7;
k – число захватываемых кадров; k = 20;
N
I
– средняя интенсивность в окне N×N;
N
– стандартное отклонение в окне N×N.
Для визуализации перфузии крови в исследуемой области значения
рассчитанного контраста на изображениях были преобразованы в
псевдоцвета, где высокой скорости потока рассеивающих частиц и
соответственно более низкому контрасту соответствовал красный цвет,
низкой скорости (высокому контрасту) – синий.
На рисунке 1.43 приведен пример изменения пространственного
распределения локальных оценок спекл-контраста у одного из больных,
зарегистрированных на 1, 6 и 12 дни поступления в стационар, методом ЛСКВ.
122
Рисунок 1.43 – Спекл-контрастные изображения, полученные в ходе
изучения кожного кровотока больных с псориазом на различных этапах
терапии. Выделенные зоны соответствуют областям регистрации сигналов
ЛДФ в псориатической бляшке
При анализе спекл-контрастных изображений установлено, что метод
ЛСКВ позволяет выявить зоны с усиленной микроциркуляцией,
соответствующие местам расположения выявленных или зарождающихся
псориатических бляшек. Также было обнаружено, что данная технология
позволяет наблюдать микроциркуляторные изменения в динамике процесса
лечения: к последнему дню терапии общий контраст и контраст в выделенной
области интереса увеличивался.
В выделенной области интереса на ЛСКВ-изображениях на втором этапе
исследования проводилась регистрация сигналов ЛДФ. Дополнительно
сигналы ЛДФ регистрировались на участке интактной ткани. Результаты
исследований, полученных методом ЛДФ, сведены в таблицу 1.8.
Анализируя данные, полученные ЛДФ, можно отметить, что на первом
этапе исследования наблюдалась типичная, описываемая рядом
исследователей [377,378,380,381,384–387], картина микроциркуляторных
нарушений при псориазе. Отмечались увеличение показателя
микроциркуляции, амплитуд сердечных и миогенных колебаний, а также
рассчитанного показателя нутритивного кровотока. Всё это свидетельствует о
наличии воспалительного процесса в зоне исследования.
123
Таблица 1.8– Результаты расчета основных гемодинамических
показателей, полученных методом ЛДФ (M ± σ)
Показатель
1 этап
2 этап
3 этап
Псориатическая
бляшка
Интактная
ткань
Псориатическая
бляшка
Интактная
ткань
Псориатическая
бляшка
Интактная
ткань
I
m
, пф. ед.
12,1 ± 1,8*
7,2 ± 2,6
12,5 ± 2,4
9,8 ± 3,3
6,9 ± 1,7
5,8 ± 3,3
I
mn
, пф. ед.
4,4 ± 1,5*
2,5 ± 0,6
3,9 ± 1,6
2,8 ± 1,3
1,8 ± 0,6
2,1 ± 1,6
I
mAVA
, пф. ед.
2,7 ± 1,2
3,1 ± 1,2
3,6 ± 1,1
3,9 ± 1,2
4,3 ± 1,7
3,5 ± 1,9
А
э
, пф. ед.
0,4 ± 0,1
0,3 ± 0,1
0,3 ± 0,1
0,3 ± 0,1
0,2 ± 0,1
0,2 ± 0,1
А
н
, пф. ед.
0,4 ± 0,2
0,3 ± 0,1
0,3 ± 0,1
0,3 ± 0,1
0,2 ± 0,1
0,2 ± 0,1
А
м
, пф. ед.
0,6 ± 0,3*
0,2 ± 0,1
0,3 ± 0,2
0,3 ± 0,2
0,2 ± 0,1
0,2 ± 0,1
А
д
, пф. ед.
0,4 ± 0,2
0,2 ± 0,03
0,3 ± 0,04
0,2 ± 0,07
0,3 ± 0,3
0,1 ± 0,06
А
с
, пф.ед.
0,8 ± 0,1*
0,4 ± 0,1
0,7 ± 0,2
0,6 ± 0,1
0,5 ± 0,2
0,3 ± 0,1
* – статистическая значимость различий значений показателей,
измеренных в псориатической бляшке по отношению к интактной области с
вероятностью p < 0,05.
Постепенно на фоне проведения консервативной терапии отмечалась
нормализация исследуемых гемодинамических параметров: нормализация
показателя перфузии, нутритивного кровотока, снижение амплитуд
эндотелиальных, миогенных и сердечных осцилляций.
Отмеченная динамика основных микрогемодинамических параметров
крови согласовывалась с улучшением состояния кожных покровов и других
клинических проявлений данного заболевания (таких как, например, зуд и
шелушение).
Данные проведенного исследования свидетельствуют о высокой
диагностической возможности предложенного комплексного подхода
обнаружения перфузионных нарушений методами ЛСКВ и ЛДФ. Данные
методы дают возможность проанализировать пространственное
распределение перфузии, выявить области с нарушением МЦК и изучить
механизмы, лежащие в основе этих нарушений с помощью исследования
регуляции кровотока в микрососудах и оценки нутритивного кровотока в
патологических и интактных областях на различных стадиях лечения
заболевания.
124
1.4 Формулирование целей и задач диссертационного исследования
Вопросам разработки новых методов и устройств интраоперационной
диагностики в МИХ, в том числе с использованием оптических технологий,
уделяется большое внимание, но отсутствуют исследования, включающие
системную проработку вопроса применения оптической биопсии для решения
диагностических задач при МИХВ.
Состояние биологических тканей можно описать с позиции нарушений
перфузионно-метаболических параметров биологических тканей. Контроль
параметров микроциркуляции крови, содержания кофакторов НАД
+
и ФАД,
состояния связывания с белками этих молекул, соотношений их окисленных и
восстановленных форм, а также ряда других биохимических соединений
(порфирины, липофусцин, билирубин, витамин А и др.) может лечь в основу
диагностики опухолевого процесса и функционального состояния органов при
различной патологии. Методы оптической биопсии зарекомендовали себя как
высокочувствительные методы для определения перфузионно-
метаболических параметров биологических тканей in vivo при решении
диагностических задач в онкологии (дифференциация неизмененных и
опухолевых тканей, классификация различных типов опухолей) и оценке
функционального состояния органов в интраоперационной диагностике.
Анализ научной литературы показал, что использование результатов
взаимодействия оптического излучения с биотканями является
перспективным инструментом для решения ряда актуальных задач в
миниинвазивной хирургии, в том числе повышения выхода информативных
биопсий, исследования перфузирования биотканей, определения выполнения
тех или иных органных функций.
Проведенный обширный анализ литературы позволил сделать вывод,
что несмотря на имеющиеся частные решения интеграции оптических
технологий в современное хирургическое оборудование, нет единой
концепции по технологии применения интраоперационной диагностики в
125
МИХ, отсутствуют системные исследования возможности контроля
функционального состояния биотканей при хирургических болезнях с точки
зрения современного уровня развития оптической биомедицинской техники.
С учетом проведенного анализа и описанной научной проблемы были
сформулированы цель и основные задачи диссертационного исследования.
Цель работы: повышение эффективности и качества миниинвазивных
хирургических вмешательств за счет научного обоснования и разработки
метода синтеза системы интраоперационной оптической диагностики, а также
комплекса методов, алгоритмов и средств контроля перфузионно-
метаболических параметров биотканей для ряда задач миниинвазивной
хирургии.
Основные задачи исследования:
1) Разработка метода синтеза системы интраоперационной ОД для
решения задач МИХ.
2) Разработка методов интраоперационной ОД во время проведения
пункционных МИХВ.
3) Разработка алгоритмического обеспечения интраоперационной ОД во
время проведения МИХВ.
4) Разработка технических средств (программно-аппаратных
комплексов – ПАК) для интраоперационной диагностики во время проведения
МИХВ, включая разработку оптоволоконных зондов различного назначения.
5) Разработка тест-объектов с целью калибровки разработанных ПАК
при контроле их технического состояния, решение вопросов обеспечения
безопасности использования технических средств для интраоперационной ОД
(дезинфекция и стерилизация оптических зондов).
6) Выработка рекомендаций по инструментальному развитию метода
интраоперационной ОД и новым клиническим перспективам его применения.
Решению поставленных задач посвящены следующие главы
диссертационной работы.
126
ГЛАВА 2. МЕТОД СИНТЕЗА СИСТЕМЫ ИНТРАОПЕРАЦИОННОЙ
ОПТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ДЛЯ ЗАДАЧ МИНИИНВАЗИВНОЙ
ХИРУРГИИ
Для разработки методологических основ новой диагностической
аппаратуры для МИХ необходимо разработать метод синтеза системы
интраоперационной ОД, по сути являющейся биотехнической системой
диагностического типа. Биотехнические системы представляют собой
совокупность биологических и технических элементов, объединенных в
единую функциональную систему целенаправленного поведения [388,389].
Создание биотехнических систем необходимо проводить с позиций
системного подхода, позволяющего на основании исходных данных
(назначение системы, функции), знаний об элементной базе и опыта
проектирования подобных систем, предложить обобщенную модель системы,
отвечающую поставленным задачам с максимально возможной степенью
соответствия [343,388,390].
Синтез системы интраоперационной ОД предназначен для построения
новых устройств диагностики состояния живого организма интраоперационно
в реальном масштабе времени для повышения качества проведения МИХ.
Как уже ранее было отмечено, система интраоперационной ОД для задач
миниинвазивной хирургии является частным случаем биотехнических систем
медицинского назначения диагностического типа. Синтез данной системы
осуществляется в соответствии с канонами учения о биотехнических системах
[388,389], но разработан для решения конкретных задач МИХ, а именно:
1. Определение набора параметров перфузионно-метаболических
характеристик биоткани, описывающих степень их отклонения от нормы, для
корректировки выполнения протокола МИХВ. Решение данной задачи
позволит получить информацию о патологическом состоянии биологических
тканей и скорректировать проведение пункционных, дренирующих или
лапароскопических МИХВ.
127
2. Определение перфузионно-метаболических характеристик
биотканей, являющимися предикторами различного течения
послеоперационного периода пункционных, дренирующих или
лапароскопических МИХВ. Решение данной задачи позволит скорректировать
протоколы послеоперационного ведения пациентов.
3. Дифференциация здоровых и патологических тканей:
новообразования и условно здоровые ткани. Решение данной задачи
необходимо для разработки методов интраоперационной навигации и
экспресс-диагностики характера патологических изменений при проведении
пункционных МИХВ.
4. Классификация новообразований: первичные злокачественные
опухоли, метастазы, доброкачественные новообразования. Решение данной
задачи позволит получить предварительное представление о характере
патологического процесса во время проведения пункционных, дренирующих
или лапароскопических МИХВ.
Синтез системы интраоперационной ОД для задач миниинвазивной
хирургии будет произведен с учетом взаимосвязей совокупностей
перфузионно-метаболических параметров биотканей (информационная
составляющая), методов и алгоритмов (методическая составляющая),
устройств ОД с оптоволоконными зондами различной конфигурации
(инструментальная составляющая), программных средств для обработки
массивов медицинских данных и измерений в автоматизированном режиме с
минимальным участием медицинского персонала (программно-
алгоритмическая составляющая).
На рисунке 2.1 приведена схема метода синтеза системы
интраоперационной ОД для задач миниинвазивной хирургии.
128
Рисунок 2.1 – Схема метода синтеза системы интраоперационной ОД для
задач МИХ
Применение данного метода синтеза системы интраоперационной ОД
позволит решить вышеперечисленные задачи миниинвазивной хирургии.
Компоненты синтеза будет более подробно рассмотрены в следующих
разделах данной главы.
2.1 Формирование комплекса перфузионно-метаболических параметров
биотканей для реализации оптической диагностики
Первый этап формирования биотехнических систем предполагает
задание биологического звена и формирование его модели, в которой
фигурируют атрибуты задания (входные, выходные переменные, показатели
состояния и т.п.) [391]. В предыдущей главе перфузионно-метаболические
параметры биологических тканей были определены как характеристики
микрогемодинамики и клеточного метаболизма, отражающие тесную
интеграцию микроциркуляторного транспорта крови и клеточного
метаболизма. Обобщенная схема взаимодействия капиллярного кровотока и
клеток биологических тканей через интерстициальную жидкость
(интерстициальное пространство) с целью обмена питательными веществами
и конечными продуктами метаболизма с обозначением основных
перфузионно-метаболических параметров биотканей приведена на
рисунке 2.2.
129
Рисунок 2.2 – Обобщенная схема характеристик микрогемодинамики и
клеточного метаболизма. (OXPHOS – окислительное фосфорилирование,
ЭТЦ – электрон-транспортная цепь)
Главное целевое назначение системы кровообращения заключается в
транспорте питательных веществ к тканям и удалении клеточных
метаболитов, которое осуществляется в микроциркуляторном русле.
Артериолы контролируют кровоток в каждом участке тканевой капиллярной
сети, а местный уровень метаболизма в тканях, в свою очередь, контролирует
диаметр артериол. Таким образом, каждая ткань в большинстве случаев
регулирует свой собственный кровоток в зависимости от индивидуальных
потребностей [392].
Используя системный подход, состояние биологических тканей
формализовано можно описать некоторым набором перфузионно-
метаболических параметров {v
арт
, v
кап
, v
вен
, tPO
2
, N
эр
, с
НАДН
(с
НАДНсвоб
/с
НАДНсвяз
),
с
ФАД
}. В эти параметры входят:
– скорость кровотока в артериолах, капиллярах и венулах (v
арт
, v
кап
, v
вен
);
– напряжение кислорода в тканях (tPO
2
) – парциальное давление
кислорода в интерстициальном пространстве биологической ткани –
параметр, отражающий баланс между доставкой кислорода по капиллярам и
потреблением кислорода биологическими тканями;
130
– количество рассевающих элементов крови (эритроцитов) в объеме
ткани (N
эр
);
– содержание кофермента НАДН (с
НАДН
);
– содержание свободной и связанной форм НАДН (с
НАДНсвоб
/с
НАДНсвяз
);
– содержание кофермента ФАД (с
ФАД
).
В некоторых случаях при описании патологий, связанных с
биохимическими процессами, свойственными конкретным органам, кроме
перечисленных параметров могут быть использованы:
– содержание билирубина (с
билирубин
);
– содержание витамина А (с
витА
);
– содержание порфиринов (с
PPX
);
– содержание липофусцинов (с
липофусцин
) и т.д.
Так как в данном диссертационном исследовании особое внимание
уделяется состояниям, связанным с наличием новообразований и эндогенной
интоксикацией, частным случаем которых является синдром МЖ, в таблицу
2.1 сведены основные тенденции изменений перфузионно-метаболических
параметров биологических тканей при онкопатологии и МЖ. В таблицу
сведены данные, усредненные по различным источникам, приведённым в
обзоре пункта 1.1.3.2.
Таблица 2.1 – Тенденции изменений основных перфузионно-
метаболических параметров биологических тканей при онкопатологии и МЖ
Биологическая
ткань
Параметр
Злокачественная опухоль
Паренхима
печени у
пациентов
с
синдромом
МЖ
область
пролиферации
полунекротическая
область
центр
солидной
опухоли
(некротическая
область)
1
2
3
v
арт
, v
кап
, v
вен
++
+
–
–
tPO
2
++
+
–
–
с
НАДН
+
++
+
Соседние файлы в папке Библиотека им академика М.И. Перельмана