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
151
Врач-хирург в предложенной системе интраоперационной ОД
контролирует ход процедуры МИХВ и состояние пациента, манипулирует
хирургическими инструментами и оптоволоконными зондами. Также на
основе полученной диагностической информации врач может изменять ход
хирургического вмешательства, например, скорректировать положение
кончика пункционной иглы, а также определить персонализированную
тактику лечения по результатам диагностики перфузионно-метаболического
статуса органа-мишени.
2.6 Пример реализации системы интраоперационной оптической
диагностики для задач миниинвазивной хирургии
На основании разработанного метода синтеза системы
интраоперационной ОД спроектирована система интраоперационной ОД
перфузионно-метаболических параметров биотканей органов
гепатопакреатодуоденальной области при проведении дренирующих МИХВ у
пациентов с онкологическими заболеваниями [416]. На основании данных об
изменении перфузионно-метаболических параметров при опухолях было
принято решение, что система должна регистрировать изменения в
микроциркуляции крови и содержании коферментов метаболического обмена
в диагностируемом объеме биотканей. Предложена мультимодальная система,
сочетающая в себе методы ОД – ЛДФ и ФС. Канал ФС реализован с помощью
двух диодных источников для возбуждения флуоресценции (на длинах волн
365 нм и 450 нм), набора фильтров для ослабления обратно отраженного
излучения в каналах ФС, ПЗС-спектрометра. В канале ЛДФ для измерений
используется одномодовый лазер (с длиной волны 1064 нм) и два
фотодетектора (рисунок 2.7).
152
Рисунок 2.7 – Блок-схема, описывающая принцип реализации
интраоперационной системы ОД
Для доступа к биологическим тканям с учетом типа процедуры и
используемых дренирующих систем был разработан гибкий оптоволоконный
зонд диаметром 3 мм (рисунок 2.8), который содержит два волокна для
передачи возбуждающего излучения на длинах волн 365 и 450 нм и волокно
для сбора флуоресцентного излучения (все волокна имеют диаметр 400 мкм).
Кроме того, зонд оснащен одним излучающим одномодовым оптическим
волокном и двумя многомодовыми собирающими волокнами для канала ЛДФ.
Такая конфигурация позволяет регистрировать флуоресценцию основных
метаболических коферментов, а также регистрировать уровень перфузии
крови в интересующей области.
Рисунок 2.8 – Конфигурация и измерительные каналы используемого
оптоволоконного зонда
153
Предложенная система интраоперационной ОД перфузионно-
метаболических параметров биотканей органов
гепатопанкреатодуоденальной зоны была апробирована в ходе плановых
оперативных вмешательств в рамках выполнения процедуры чрескожной
чреспеченочной холангиостомии под ультразвуковым и рентгеновским
контролем на базе хирургического отделения БУЗ Орловской области
«Орловская областная клиническая больница» (г. Орел, Россия).
Исследования были одобрены этическим комитетом ФГБОУ ВО «Орловский
государственный университет имени И.С. Тургенева» (протокол заседания
№10 от 16.11.2017). Участники подписывали информированное согласие с
указанием их добровольной готовности к участию в исследовании.
В канале ЛДФ регистрировался сигнал длительностью не менее 1
минуты для дальнейшего проведения спектрального анализа данных.
Регистрируемая перфузия использовалась для оценки жизнеспособности
тканей. Спектры ФС записывали только в областях, где наблюдался
стабильный уровень перфузии крови, составляющий порядка 15 пф.ед. Эта
процедура позволила избежать регистрации сигналов в участках некроза и
уменьшить влияние кровенаполнения на данные ФС. На рисунке 2.9 показаны
примеры фрагментов записей перфузии крови в нормальной ткани желчного
протока и в области опухолевого блока со злокачественным статусом.
а)
б)
Рисунок 2.9 – Результаты исследования методом ЛДФ: (а) примеры записей
сигналов ЛДФ в области условно здоровой ткани стенки желчного протока и
опухоли, расположенной в желчном протоке, и (б) соответствующие им
амплитудно-частотные спектры модуляции кровотока
154
На рисунке 2.10 приведены примеры спектров флуоресценции,
возбуждаемой на длинах волн 365 и 450 нм, в области опухолевой ткани, а
также спектров в области, не затронутой онкологическими изменениями.
а)
б)
Рисунок 2.10 – Примеры спектров флуоресценции, полученных при
возбуждении длинами волн: (а) 365 нм; (б) 450 нм в условно здоровой ткани
стенки желчного протока (обозначение «Н» – норма) и опухоли,
расположенной в желчном протоке (обозначение «О» – опухоль)
Таким образом, разработанная на основе предложенной схемы система
интраоперационной ОД перфузионно-метаболических параметров биотканей
органов гепатопанкреатодуоденальной зоны позволяет получать информацию
об опухолевых и неизмененных тканях при проведении дренирующих МИХВ
у пациентов с онкологическими заболеваниями. Получаемые данные в
дальнейшем могут быть использованы для решения диагностических задач, в
том числе для дифференциации опухолевых и нормальных тканей с целью
уточнения областей взятия биоптата при щеточной (браш) биопсии.
155
2.6 Выводы по главе 2
1. Сформированный комплекс перфузионно-метаболических
параметров биотканей при хирургических заболеваниях и установленные
взаимосвязи данных параметров биотканей и методов ОД (ЛДФ, ЛСКВ, СДО,
ФС, ФС с временным разрешением, КР) демонстрируют возможность оценки
состояния биотканей интраоперационно на основе ОД при решении
различных задач МИХ.
2. Рассмотрены информационная, методическая, инструментальная и
программно-алгоритмическая составляющие системы, выявлены их
особенности, которые необходимо учитывать при проектировании
интраоперационной диагностики для решения задач МИХ.
3. На основании комплексного биотехнического подхода с учетом
формализованной схемы интраоперационной диагностики и взаимосвязей
всех составляющих системы предложена обобщённая структурно-
функциональная схема системы интраоперационной ОД для решения задач
МИХ.
4. Представленный пример реализации системы интраоперационной ОД
перфузионно-метаболических параметров биотканей органов
гепатопанкреатодуоденальной зоны при дренирующих МИХВ демонстрирует
высокий потенциал для разработки интраоперационных систем с целью
решения различных диагностических задач.
5. Разработанный метод синтеза системы интраоперационной ОД для
решения задач МИХ основан на комплексном учете информационного,
методического, инструментального и программно-алгоритмического
обеспечения системы. При этом учитываются взаимосвязи 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
156
медицинских данных и измерений в автоматизированном режиме с
минимальным участием медицинского персонала (программно-
алгоритмическая составляющая). Предложенный метод отличается
системным анализом изменений перфузионно-метаболических параметров
биотканей при хирургических заболеваниях и возможностью их оценки с
помощью методов ОД непосредственно в месте исследования через
оптоволоконные зонды различной конфигурации, вводимые через
хирургические доступы различного типа, и синтезом решающих правил со
значениями метрик классификации (чувствительность, специфичность и
площадь под ROC-кривой), превышающими их текущий уровень в
клинической практике, что позволит повысить эффективность и
информативность диагностики в режиме реального времени. Метод синтеза
системы интраоперационной ОД обеспечивает возможность её использования
для достижения целевых функций при решении клинических задач в МИХ
различных органов.
157
ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ИНТРАОПЕРАЦИОННОЙ ОПТИЧЕСКОЙ
ДИАГНОСТИКИ ВО ВРЕМЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПУНКЦИОННЫХ
МИНИИНВАЗИВНЫХ ХИРУРГИЧЕСКИХ ВМЕШАТЕЛЬСТВ
3.1 Метод дифференциации новообразований и паренхимы печени
3.1.1 Исследование опухолевых новообразований у биологических
моделей для интраоперационной диагностики тканевого метаболизма
методами флуоресцентной спектроскопии и спектроскопии диффузного
отражения
Первичный и вторичный (метастазы, образовавшиеся в результате
распространения раковых клеток из первичной опухоли, локализованной в
другом органе) онкопроцессы в печени характеризуются высоким уровнем
летальности во всем мире [417]. Шансы на успешное излечение от заболевания
возрастают при раннем выявлении новообразований и своевременной
правильной дифференциальной диагностике типа опухолей печени [418].
Хирургическое вмешательство является одним из основных методов лечения
для достижения наилучших результатов в выживаемости пациентов с данной
патологией. Операции, проведенные на ранних стадиях рака печени, как
правило, дают хорошие результаты.
При обследовании пациентов с подозрением на рак печени
предпочтение отдается методам медицинской интроскопии [410,419]. При
этом диагностическая эффективность этих методов зависит от размеров
опухоли, ее морфологических особенностей, а также от заболеваний и
состояния печени [411]. Пункционные МИХВ в диагностике новообразований
печени занимают стабильные позиции относительно безопасных
хирургических методов получения биоптатов для последующего
гистологического и/или цитологического исследований и являются «золотым
стандартом» диагностики [420,421]. Одной из проблем ЧПБ является высокая
158
вероятность взятия неинформативных проб биоптата с низкой или
отсутствующей диагностической ценностью для цитологического или
гистопатологического исследования. Даже у опытных хирургов,
использующих инструментальные методы визуализации при ЧПБ, процент
недиагностических проб может достигать 25 % [32,415,422].
Разработка новых методов, повышающих диагностические возможности
стандартной процедуры ЧПБ, остается вопросом первостепенной важности с
точки зрения своевременной диагностики и лечения рака печени и, как было
сказано в предыдущих главах, одной из задач интраоперационной
диагностики является дифференциация здоровых тканей и опухолей. Решение
данной задачи необходимо для разработки методов интраоперационной
навигации при проведении пункционных МИХВ. Так как известно, что
метаболические перестройки при онкопроцессе обуславливают изменение
концентрации эндогенных флуорофоров, а также изменение напряжения
кислорода в тканях, в связи с этим для их регистрации были выбраны методы
ФС и СДО. Возможность одновременной регистрации спектров
флуоресценции и диффузного отражения в практически одном
диагностическом объеме при проведении ЧПБ может позволить оперативно и
эффективно проводить диагностику очаговых и диффузных новообразований
в режиме реального времени во время проведения МИХВ.
Для обоснования клинических исследований были проведены
преклинические эксперименты по оценке перфузионно-метаболических
параметров опухолевых новообразований у малых лабораторных животных
(биологические модели). Исследования были одобрены Этическим комитетом
ОГУ имени И.С. Тургенева (протокол №12 от 6.09.2018) и проводились в
соответствии с принципами GLP.
Для регистрации перфузионно-метаболических параметров опухолевых
и неизмененных тканей было разработано мультимодальное
спектроскопическое устройство, позволяющее одновременно регистрировать
спектры флуоресценции при возбуждении в УФ и видимом диапазонах
159
спектра, отражающих метаболическую активность биологических тканей, а
также спектры диффузного отражения, несущие информацию о
морфологической структуре и оптических характеристиках биотканей
(рисунок 3.1).
Рисунок 3.1 – Мультимодальное устройство с каналами ФС и СДО
Устройство содержит источник полихроматического излучения и два
источника монохроматического излучения, а именно: лазерный излучатель с
длиной волны 450 нм и светодиод с длиной волны 365 нм. Система подачи и
сбора излучения вмонтирована в оптоволоконный зонд диаметром 1 мм с
жестким окончанием, позволяющим проводить его в пункционные иглы для
аспирационной биопсии типа Chiba с минимальным диаметром 17,5 G. Зонд
имеет 10 волокон: 9 осветительных, 3 из которых подключены к источнику
полихроматического излучения с диапазоном длин волн 360-2400 нм, 3 – к
лазерному излучателю с длиной волны 450 нм, еще три волокна подключены
к светодиоду с длиной волны 365 нм, расположенных вокруг одного
считывающего волокна, проводящего свет к анализатору спектров, что
160
обеспечивает равномерное и яркое освещение диагностического поля и
позволяет получить высокое соотношение сигнал-шум. Зонд имеет торцевой
скос 20°, что обеспечивает надежный и максимальный контакт рабочей
поверхности зонда с тканями зоны интереса.
На рисунке 3.2 показана фотография макета экспериментальной
установки (без верхней крышки для понимания расположения основных
элементов системы), тонкоигольного оптоволоконного зонда, а также
процесса регистрации оптических сигналов в спонтанной фибросаркоме
крысы.
а)
б)
в)
Рисунок 3.2 – Макет мультимодального устройства с каналами ФС и СДО
(а); оптоволоконный зонд для проведения тонкоигольной ЧПБ печени (б);
регистрация оптических сигналов в спонтанной фибросаркоме крысы (в)
На первом этапе экспериментальных исследований мультимодальное
устройство и тонкоигольный зонд были протестированы на модельном
животном (крыса линии Wistar) со спонтанной опухолью (фибросаркомой).
Тип опухоли был подтвержден гистологическим исследованием.
Были зарегистрированы значимые различия в спектрах диффузного
отражения и флуоресцентной спектроскопии в опухолевой и здоровой тканях
(рисунок 3.3) [247,423].
Соседние файлы в папке Библиотека им академика М.И. Перельмана