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
11
разработка и обоснование на её основе новых методов и устройств для
различных видов МИХВ с целью решения различных клинических задач.
Научная проблема, на решение которой направлена диссертация,
заключается в том, что, с одной стороны, при существовании ряда
объективных методов интраоперационной диагностики остаётся актуальной
потребность в повышении диагностической достоверности и
информативности оценки перфузионно-метаболических параметров
биотканей, а с другой стороны, несмотря на то, что диагностическая
эффективность методов оптической биопсии является известной и
общепризнанной, обоснование и разработка основ применения оптических
методов в интраоперационной диагностике, а также методов, алгоритмов и
средств определения перфузионно-метаболических параметров биотканей
для ряда областей миниинвазивной хирургии в режиме реального времени с
целью обеспечения повышения эффективности и качества миниинвазивных
операций с учетом современного уровня развития оптической
биомедицинской техники отсутствуют.
Целью диссертационного исследования является 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.
Объектом исследования являются система интраоперационной
оптической диагностики для решения различных задач миниинвазивной
хирургии, а также методы и средства интраоперационной оптической
диагностики в миниинвазивной хирургии.
Предметом исследования являются компоненты информационного,
методического, инструментального и программно-алгоритмического
обеспечения системы интраоперационной оптической диагностики для
решения задач миниинвазивной хирургии.
12
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
1) Анализ современных проблем методов и технических средств
интраоперационной диагностики перфузионно-метаболических параметров
биологических тканей организма.
2) Обоснование использования методов ОД для характеризации
перфузионно-метаболических параметров биотканей во время проведения
МИХВ.
3) Разработка метода синтеза системы интраоперационной ОД для
решения задач МИХ.
4) Разработка методов интраоперационной ОД во время проведения
пункционных МИХВ.
5) Разработка алгоритмического обеспечения интраоперационной ОД
во время проведения МИХВ.
6) Разработка технических средств (программно-аппаратных
комплексов – ПАК) для интраоперационной диагностики во время
проведения МИХВ, включая разработку оптоволоконных зондов различного
назначения.
7) 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).
8) Выработка рекомендаций по инструментальному развитию метода
интраоперационной ОД и новым клиническим перспективам его
применения.
Методология и методы исследования. Теоретические исследования
проведены с применением методов системного анализа, проектирования
биотехнических систем, прикладной математической статистики, вейвлет-
анализа, методов регрессионного, корреляционного и линейного
дискриминантного анализа. Экспериментальные исследования выполнены с
использованием методов математического моделирования, планирования и
13
проведения клинических исследований, экспертного оценивания, методов
визуализации, трансформации и анализа получаемых данных в реальном
масштабе времени на основе компьютерных методов обработки
поступающего сигнала в процессе функционирования биологической
системы в программных средах Matlab, Mathcad и Python. При оценке
диагностической эффективности разработанных методов использовались
статистические данные клинических наблюдений пациентов БУЗ Орловской
области «Орловская областная клиническая больница» (г. Орел), ФГБНУ
«НИИ акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д. О. Отта» (г. Санкт-
Петербург), ОГБУЗ Клиническая больница №1 (г. Смоленск).
Научная новизна. Научную новизну результатов работы составляет
научно обоснованная разработка метода синтеза системы
интраоперационной ОД для решения задач МИХ. В работе впервые
сформулированы принципы получения дополнительной диагностической
информации интраоперационно на основе регистрации и последующего
анализа оптических сигналов с использованием оригинальных
инструментальных средств. Впервые с единых методологических позиций с
помощью ряда предложенных ПАК проведены клинические исследования и
разработаны методы, позволяющие проводить дифференциацию
новообразований и здоровой паренхимы печени, классифицировать
различные типы опухолей печени, оценивать метаболическую и
выделительную функцию печени у пациентов с синдромом механической
желтухи (МЖ), устанавливать метаболический статус опухолей молочной
железы, получать заключение о перфузионно-метаболическом состоянии
эндометриоидной ткани и др. Внедрение в практику подобных систем
позволит улучшить эффективность и безопасность МИХВ, а также получить
новые научные знания о перфузионно-метаболических процессах биотканей
живых организмов.
14
Новые научные результаты:
1) Метод синтеза системы интраоперационной ОД для задач
МИХ,
– основанный на комплексном учете информационного, методического,
инструментального и программно-алгоритмического обеспечения системы,
– разработанный 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 медицинских данных и
измерений в автоматизированном режиме с минимальным участием
медицинского персонала (программно-алгоритмическая составляющая),
– отличающийся 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,
– позволяющий повысить эффективность и информативность
диагностики в режиме реального времени,
– обеспечивающий возможность использования системы
интраоперационной ОД для достижения целевых функций при решении
клинических задач в МИХ различных органов.
2) Методы интраоперационной ОД в пункционных МИХВ:
– метод дифференциации новообразований и паренхимы печени,
базирующийся на основе регистрации спектров флуоресценции и диффузного
отражения во время проведения чрескожной пункционной биопсии (ЧПБ)
печени, а также на использовании алгоритма машинного обучения (МО),
15
используемого для классификации данных, отличающийся возможностью
определения типа биологических тканей (условно здоровые ткани
паренхимы и новообразования печени) с меньшей вероятностью
ложноотрицательного результата диагностики и позволяющий осуществлять
навигацию положения биопсийной иглы при проведении пункционного
МИХВ;
– метод классификации новообразований печени, базирующийся на
основе регистрации сигналов затухания флуоресценции во время проведения
ЧПБ печени, а также на использовании алгоритма МО, применяемого для
классификации данных, отличающийся возможностью определения типа
биологических тканей (условно здоровые ткани паренхимы и
новообразования печени) с меньшей вероятностью ложноотрицательного
результата диагностики, а также возможностью разделения подтипов
новообразований (первичные злокачественные опухоли, метастазы и
доброкачественные новообразования) с высокой диагностической
эффективностью и позволяющий осуществлять навигацию положения
биопсийной иглы при проведении ЧПБ и получать предварительное
заключение о типе опухоли печени непосредственно во время проведения
пункционного МИХВ.
3) Алгоритмическое обеспечение интраоперационной ОД при
различных МИХВ, включающее результаты экспериментальных
исследований и соответствующие алгоритмы проведения диагностики:
– алгоритм оценки влияния миом на перфузию эндометрия,
базирующийся на анализе перфузионно-метаболических нарушений в
эндометрии, измеренных одновременно методами ЛДФ и ФС,
отличающийся возможностью выявлять нарушения в местной
микроциркуляции эндометрия и тканевом метаболизме при проведении
диагностической гистероскопии, позволяющий оценить влияние миом на
перфузию эндометрия и уточнять показания для миомэктомии у пациенток с
различной локализацией миоматозных узлов;
16
– алгоритм прогнозирования послеоперационного течения
заболевания у пациентов с синдромом МЖ на фоне МИХВ, базирующийся
на применении регистрации спектров флуоресценции паренхимы печени
интраоперационно при установке дренажных систем во время антеградной
декомпрессии желчевыводящих путей, а также на регистрации спектров
комбинационного рассеяния желчи, полученной по дренажному каналу,
отличающийся возможностью выявления накопления флуорофоров в
паренхиме печени, являющихся индикаторами тяжелой печеночной
недостаточности, а также возможностью наблюдения за содержанием
билирубина в желчи в динамике в послеоперационном периоде, позволяющий
прогнозировать течение послеоперационного периода у пациентов с
синдромом МЖ после дренирующих МИХВ и уточнять необходимость
присоединения экстракорпоральных методов детоксикации к стандартной
терапии, а также возможность перехода к следующему этапу лечения
основного заболевания;
– алгоритм определения метаболического статуса
новообразований молочной железы, базирующийся на регистрации
спектров диффузного отражения интраоперационно во время проведения
ЧПБ молочных желез, отличающийся возможностью определения тканевой
сатурации новообразований молочной железы, позволяющий выявлять
низкокислородные опухоли с целью индивидуального планирования лечения
рака молочной железы;
– алгоритм интраоперационной оценки микроциркуляции крови в
тканях поджелудочной железы, базирующийся на лазерной спекл-
контрастной визуализации кровотока поджелудочной железы
интраоперационно во время проведения лапароскопических МИХВ,
отличающийся возможностью определения микрогемодинамических
нарушений поджелудочной железы, позволяющий выявлять области с плохим
кровоснабжением и планировать ход МИХВ.
4) принципы построения ПАК для интраоперационной ОД во
17
время проведения МИХВ, на основе методов ОД с учетом технических и
эксплуатационных требований, позволяющие регистрировать оптические
сигналы через стандартные инструменты для МИХВ с помощью специально
разработанных оптоволоконных зондов различного назначения,
обрабатывать их и предоставлять диагностические данные в удобном для
врача виде в режиме реального времени, включающие:
– функциональную схему ПАК флуоресцентно-отражательной
спектроскопии для интраоперационной ОД перфузионно-метаболических
параметров биотканей во время проведения МИХВ, основанную на
одновременной регистрации сигналов ФС и СДО и их последующем анализе,
отличающуюся возможностью регистрации эндогенной флуоресценции и
спектров диффузного отражения через оптоволоконные зонды, позволяющую
использовать ПАК при проведении МИХВ различных органов;
– функциональную схему ПАК ФС с временным разрешением для
интраоперационной ОД тканевого метаболизма во время проведения МИХВ,
основанную на регистрации сигналов затухания флуоресценции и их
последующем анализе, отличающуюся возможностью регистрации
параметров затухания флуоресценции восстановленной формы кофермента
никотинамидадениндинуклеотида (НАДН) через оптоволоконные зонды,
позволяющую использовать ПАК при проведении МИХВ различных органов;
– функциональную схему ПАК для интраоперационной ЛСКВ
микроциркуляторных нарушений органов во время проведения
лапароскопических операций, основанную на регистрации изображений
ЛСКВ и их последующем анализе, отличающуюся способом регистрации
изображений ЛСКВ через стандартные жесткие лапароскопы при
проведении лапароскопических операций при освещении биологических
тканей через специально разработанное оптическое волокно с Y-образным
разветвлением, позволяющую использовать ПАК при проведении
лапароскопических МИХВ различных органов.
18
Полученные научные результаты диссертационного исследования
соответствуют пп. 1, 2, 10 и 14 паспорта научной специальности 2.2.12 –
Приборы, системы и изделия медицинского назначения. Направления
исследований:
1. Технические средства съема, регистрации, обработки, передачи,
приема и анализа биомедицинских сигналов и данных.
2. Приборы, системы и аппаратно-программные комплексы для оценки
текущего состояния, скринингового обследования, мониторинга,
прогнозирования и диагностики состояния здоровья человека.
10. Технические средства и системы, обеспечивающие повышение
точности медицинской диагностики, воспроизводимости и сопоставимости
результатов биомедицинских исследований.
14. Методы, модели и алгоритмы, включая распознавание образов, для
медицинских информационных и интеллектуальных систем,
обеспечивающих повышение эффективности медико-биологических
исследований и врачебных решений.
Достоверность научных положений и выводов подтверждается
использованием апробированных и подтверждённых методов и методик
обработки результатов измерений, результатами клинических исследований
с привлечением более 150 пациентов в 3 лечебных учреждениях различных
городов РФ (г. Орел, г. Санкт-Петербург, г. Смоленск), совпадением
результатов с данными гистологических и интроскопических методов
исследований, результатов экспериментов других авторов, а также
экспертизой Федерального института интеллектуальной собственности с
выдачей патентов РФ.
Практическая значимость работы
Предложенные и описанные в диссертационной работе метод синтеза
системы интраоперационной ОД, методы и алгоритмы интраоперационной
ОД являются основой для создания технических систем (ПАК) медицинского
назначения нового поколения, обеспечивающих возможность получения
19
достоверных диагностических данных в условиях ограниченного доступа к
биотканям, связанных с особенностями проведения МИХВ, и позволяют
повысить качество и безопасность оказания хирургической помощи.
Результаты диссертационной работы легли в основу:
– разработки диагностических подходов, позволяющих с высокой
степенью достоверности дифференцировать условно здоровые и
патологические ткани, определять нарушение различных функций органов,
классифицировать патологии и патологические состояния;
– разработки ПАК, реализующих разработанные методы и алгоритмы
и предназначенных для использования в различных областях МИХ при
решении фундаментальных и клинических медицинских задач;
– апробации в клинических условиях макетных образцов ПАК
интраоперационной ОД различного назначения (пункционные, дренажные,
лапароскопические МИХВ), обеспечивающих доступность методики
проведения исследования, оперативность и наглядность представления
результатов автоматических заключений, что делает их удобным
инструментом при оказании хирургической помощи.
Разработанные системы допускают быструю модификацию
существующих прототипов и создание новых устройств для различных
областей МИХ.
Результаты диссертационного исследования использованы в
разработках медицинских устройств ООО «НПП «ЛАЗМА» (Москва) и ООО
«НТЦ Волоконно-оптических устройств» (г. Москва), а также в учебном
процессе ОГУ имени И.С. Тургенева.
Основные положения, выносимые на защиту:
1) Метод синтеза системы интраоперационной ОД для решения задач
МИХ на основе методов ОД (ЛДФ, ФС, ФС с временным разрешением, СДО,
ЛСКВ) в совокупности с применением оптоволоконных зондов различной
конструкции, совместимых с инструментами для МИХВ, и синтезом
20
решающих правил со значениями метрик классификации, превышающими
их текущий уровень в клинической практике, позволяет комплексно и с
повышенной точностью диагностировать нарушение перфузионно-
метаболических характеристик биологических тканей, дифференцировать
условно здоровые и патологические ткани и различные патологические
состояния.
2) Метод дифференциации новообразований и паренхимы печени,
включающий совместную регистрацию сигналов флуоресценции и
диффузного отражения через тонкоигольный оптоволоконный зонд во время
проведения ЧПБ печени, базирующийся на классификаторе с
использованием метода МО, позволяет дифференцировать ткани печени на
два класса – опухоли и условно здоровая паренхима с чувствительностью и
специфичностью 0,9 и 0,95 соответственно.
3) Метод классификации новообразований печени, включающий
регистрацию сигналов затухания флуоресценции через тонкоигольный
оптоволоконный зонд во время проведения ЧПБ печени, базирующийся на
классификаторе с использованием метода МО, позволяет двухэтапно
дифференцировать ткани печени на два класса: опухоли и условно здоровая
паренхима с чувствительностью и специфичностью более 0,94 и 0,81,
соответственно, а затем сформулировать предварительное суждение о
природе опухолевого новообразования (доброкачественная или
злокачественная), а также о его происхождении (первичная опухоль или
метастазы) с чувствительностью и специфичностью не менее 0,84 и 0,88.
4) Алгоритмическое обеспечение интраоперационной ОД,
базирующееся на применении оптических методов (ЛДФ, ФС, СДО, ЛСКВ),
при различных МИХВ позволяет:
– при проведении диагностической гистероскопии и измерении
перфузионно-метаболических характеристик в эндометриоидной ткани при
совместном применении методов ЛДФ и ФС с последующим анализом
зарегистрированных сигналов оценить влияние миом на перфузию
Соседние файлы в папке Библиотека им академика М.И. Перельмана