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
281
программы управляющей лазером и детекторами, а также автоматически
рассчитывающей параметры затухания флуоресценции был написан скрипт,
позволяющий считывать параметры затухания флуоресценции. Среда
разработки программ – Python.
Апробация ПАК в преклинических и клинических условиях для
применения в пункционной МИХ описана в главе 3.2. Подготовлена
эксплуатационная документация ПАК, состоящая из паспорта, руководства
оператора и руководства программиста.
5.6 Программно-аппаратный комплекс для интраоперационной
лазерной спекл-контрастной визуализации микроциркуляторных
нарушений органов во время проведения лапароскопических операций
ПАК для интраоперационной ЛСКВ микроциркуляторных нарушений
органов во время проведения лапароскопических операций (рисунок 5.15)
предназначен для регистрации и постобработки оптических сигналов через
стандартные лапароскопы.
ПАК подключается к стандартному лапароскопу с осветительным
портом через специальное оптическое волокно с Y-образным разветвлением
(ООО «НТЦ Волоконно-Оптических Устройств»), которое позволяет
подключать лазерный источник освещения с длиной волны 785 нм (LDM785,
Thorlabs, Inc., США) параллельно стандартному эндоскопическому
широкополосному источнику излучения (например, ксеноновой лампе).
Трансляция изображения в ИК-диапазоне идет через наглазник лапароскопа и
объектив с фиксированным фокусным расстоянием MVL25TM23 (Thorlabs,
Inc., США) на монохромную КМОП-камеру высокого разрешения
(UI-3360CP-NIRGL (IDS, Германия), которая, в свою очередь, связана с
персональным компьютером.
282
Рисунок 5.15 – Функциональная схема ПАК для интраоперационной ЛСКВ
микроциркуляторных нарушений органов во время проведения
лапароскопических операций
Оптическое волокно с Y-образным разветвлением (рисунок 5.16)
позволяет подключаться к осветительному порту лапароскопа и использовать
при диагностике как лазерный источник освещения с длиной волны 785 нм,
так и стандартный эндоскопический осветитель. Конструктивно волокно
имеет дополнительные каналы для возможности освещения биологических
тканей другими источниками излучения в случае необходимости
мультимодальной визуализации.
Рисунок 5.16 – Оптическое волокно с Y-образным разветвлением
283
Специализированное программное обеспечение для управления
комплексом, разработано в программной среде Python. Постобработка сигнала
с видеокамеры осуществляется персональным компьютером по алгоритму,
описанному в пункте 4.4. На мониторе компьютера отображается результат
исследования в режиме реального времени в виде изображения исследуемой
области, окрашенной в псевдоцвета в зависимости от рассчитанных
количественных значений спекл-контраста. Таким образом, разработанный
ПАК обладает мобильностью и удобством использования хирургом-
оператором в операционной, позволяет вести мониторинг кровоснабжения
тканей в режиме реального времени за счет реализации метода ЛСКВ с
обработкой полученных данных непосредственно во время исследования.
С целью тестирования способности ПАК для интраоперационной ЛСКВ
регистрировать относительные изменения скорости потока рассеивающих
частиц была изготовлена установка, схема и общий вид которой приведены на
рисунке 5.17.
а)
б)
Рисунок 5.17 – Установка для тестирования ПАК для интраоперационной
ЛСКВ: схема установки (а); общий вид установки (б)
Установка состоит из капиллярной трубки (внутренний диаметр 1,6 мм),
по которому с помощью электронасоса, откалиброванного по току/скорости,
прокачивался 8% раствор интралипида 20% (Фрезениус Каби, США).
Выбранная концентрация интралипида приблизительно соответствует
284
оптическим рассеивающим свойствам крови на длине волны 635 нм [516].
Изменения в скорости движения рассеивающих частиц в капиллярной трубке
записывались камерой, постобработка данных была выполнена в соответствии
с формулой (4.3). Для тестирования системы ЛСКВ раствор интралипида
пропускался через капиллярную трубку с линейными скоростями 0, 0,5, 1, 1,5
и 2 мм/с, что перекрывает как диапазон скоростей крови in vivo в капиллярах
и артериолах, так и предположение об увеличении скоростей в 2-3 раза в
момент реперфузии. Так как скорости рассеивающей жидкости в капилляре
были выбраны с превышающим среднее значение скорости капиллярного
кровотока, то частота записи изображений камерой для данной части
эксперимента составляла 30 кадров в секунду.
Для записи спекл-изображений капиллярная трубка с раствором
интралипида помещалась под лапароскоп таким образом, чтобы исследуемая
область была в фокусе лапароскопа, что контролировалось
экспериментатором по изображению на камере.
Чтобы проверить чувствительность установки к изменению скорости
потока рассеивающих частиц была проанализирована последовательность 10 с
записей для каждого из 5 этапов, в которых жидкость по трубке перемещалась
со скоростью: 0,5, 1, 1,5 и 2 мм/с. Обработка полученных данных проводилась
по пространственному алгоритму, описанному выше, спекл-контрастные
изображения движения жидкости в капилляре при различных скоростях
потока представлены на рисунке 5.18.
Рисунок 5.18 – Спекл-контрастные изображения движения жидкости в
капилляре при различных скоростях потока
285
Для статистической обработки была выбрана область 40х40 пикселей
(около 0,5 мм
2
) в центральной части трубки и вычислено значение
пространственного спекл-контраста по формуле (4.3). Зависимость
пространственного спекл-контраста от скорости движения жидкости по
капилляру представлена на рисунке 5.19. При отсутствии направленного
движения интралипида значение спекл-контраста не стремится к 1, это связано
с тем, что по сравнению с недвижимыми стенками капилляра интралипид
имеет небольшое броуновское движение. Существует скачок спекл-контраста
между нулевой скоростью и 0,5 мм/с, но для ненулевых расходов наблюдается
линейная зависимость с коэффициентом детерминации 0,96.
Рисунок 5.19 – Зависимость пространственного спекл-контраста от скорости
движения жидкости по капилляру. Линейная зависимость показана по
ненулевому расходу
Анализируя полученные данные, можно сделать вывод о том, что
предложенная экспериментальная система для регистрации спекл-
изображений, совмещенная с коммерчески доступным лапароскопом,
286
обеспечивает качественную и наглядную индикацию изменения потока в
капилляре при моделировании в нем четырех различных скоростей потока,
выбранных в пределах диапазона изменения скоростей в сосудах
микроциркуляторного русла.
Апробация ПАК для интраоперационной ЛСКВ микроциркуляторных
нарушений поджелудочной железы во время проведения лапароскопических
операций проведена в преклинических условиях (глава 4.4). Подготовлена
эксплуатационная документация ПАК, состоящая из паспорта, руководства
оператора и руководства программиста. Идет подготовка к проведению
клинической апробации ПАК.
5.7 Перспективы развития интраоперационной оптической диагностики
в миниинвазивной хирургии
Развитие предложенной технологии интраоперационной ОД может идти
как в инструментальной области, так и в области решения новых клинических
задач.
В области инструментального развития для расширения
диагностических возможностей метода пункционной оптической биопсии был
дополнительно разработан оптоволоконный зонд малого диаметра с
возможностью регистрации оптического излучения в ближнем ИК диапазоне
(рисунок 5.20).
Данная модификация оптоволоконного зонда предназначена для
одновременного использования измерительных каналов ФС в видимом
диапазоне (при возбуждении флуоресценции источниками 365 и 450 нм) и
СДО в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне благодаря
использованию 2 типов оптических волокон (кварц-алюминий и кварц-кварц).
287
а)
б)
Рисунок 5.20 – Тонкоигольный оптоволоконный зонд с возможностью
регистрации оптического излучения в ближнем ИК диапазоне: (а) внешний
вид; (б) расположение оптических волокон
Спектральные характеристики оптических волокон в диапазонах
используемых спектрометров представлены на рисунке 5.21. Характеристики
используемых волокон обеспечивают регистрацию сигналов в диапазонах,
специфичных для спектров поглощения основных хромофоров биологических
тканей – гемоглобина, воды, жиров [517].
а)
б)
Рисунок 5.21 – Спектры отражения от эталона диффузного отражения,
зарегистрированные с помощью тонкоигольного зонда в видимом (а) и
ближнем ИК (б) диапазонах
288
Также с врачами-хирургами обсуждались идеи создания
оптоволоконных зондов для диагностической пункции очаговых образований
паренхиматозных органов и обеспечения доступа в патологические полости.
Модификации таких зондов приведены на рисунке 5.22. Данные зонды
предполагают регистрацию оптических сигналов на всем пути следования к
патологическим очагам и могут расширить области применения
интраоперационной ОД.
а)
б)
Рисунок 5.22 – Модификации оптоволоконных зондов с тупым (а) и
игольчатым (б) концами
В настоящее время идет процесс внедрения ОД в новую медицинскую
информацию о состоянии тканей почки при выполнении лапароскопической
резекции опухолей с применением тепловой ишемии. Диагностика
перфузионно-метаболических изменений тканей коркового слоя почки будет
осуществляться путем регистрации сигналов ФС с временным разрешением и
СДО тканей in vivo и в реальном масштабе времени. Разрабатываемые
устройства будут совмещены с современными инструментами урологической
МИХ. На данный момент получены предварительные данные параметров
капиллярного кровотока и времени жизни флуоресценции для
интраоперационного мониторинга тепловой ишемии почки с
нефропротекцией при органосохраняющих операциях [518].
Перспективным является развитие интраоперационной диагностики при
МИХВ гинекологического профиля. Идет набор данных для анализа влияния
эндометриоидных кист на перфузионно-метаболические характеристики
289
ткани яичников. Комплексное исследование показателей овариального
резерва у женщин репродуктивного возраста с эндометриоидными кистами
яичников на этапе до хирургического лечения позволит создать целостную
картину степени повреждения овариальной ткани и выработать
ранжированный персонализированный подход к лечению данных пациенток
[519].
Очевидно, что подходы МО и искусственного интеллекта будут
становиться все более важными для того, чтобы разрабатываемые методы ОД
могли полностью раскрыть свой клинический потенциал и полезность.
Перспективным является комбинирование искусственного интеллекта,
робототехники и навигационных инструментов на основе интраоперационной
ОД.
По мере того, как оптические технологии все больше и больше
проникают в клиническую практику, будет возрастать потребность в
стандартизации, чтобы данные клинических испытаний, полученные с
помощью систем, реализующих интраоперационную ОД, можно было
сравнивать и перекрестно проверять. На сегодняшний день лишь несколько
оптических технологий вошли в рутинную клиническую практику
(флуоресцентная визуализация с индоцианином зеленым, узкоспектральная
визуализация (NBI), разработанная компанией Olympus), однако лежащие в их
основе научные и инженерные технологии находятся в центре внимания
исследователей и требуют более обширных исследований.
5.9 Выводы по главе 5
1. ПАК интраоперационной ОД для задач МИХ должны создаваться в
соответствии с принципами в виде выполнения всех этапов жизненного цикла
технических изделий, обеспечения заданных технических характеристик, а
также соответствия эксплуатационным требованиям. Проектирование и
конструирование ПАК интраоперационной ОД во время проведения МИХВ
290
должно проходить поэтапно с учетом МТТ. Проектно-конструкторский этап
создания устройств должен обеспечить ряд технических, точностных и
эксплуатационных характеристик ПАК. Контроль этих характеристик должен
быть проведен на этапах калибровки с помощью тест-объектов (оптических
фантомов) и КТС. Далее технические системы должны пройти апробацию в
преклинических и клинических условиях в строгом соответствии с этическими
нормами, действующими в отношении экспериментальных исследований с
участием лабораторных животных и клинических – с участием пациентов.
2. Особенностью ПАК интраоперационной ОД является наличие
специальных средств для съема биологической информации –
оптоволоконных зондов. Конфигурация оптоволоконного зонда для каждой
клинической задачи должна выбираться, исходя из диагностических целей, а
также с учетом конструктивных особенностей миниинвазивных
хирургических инструментов. Условно оптоволоконные зонды можно
разделить на группы: оптоволоконные лапароскопические зонды для
дренирующих и лапароскопических вмешательств; тонкоигольные
пункционные – для пункционных МИХВ. К материалам для изготовления
зондов предъявляются высокие требования по безопасности, возможности
стерилизации и многократного использования без потери эксплуатационных
характеристик.
3. Обработку и стерилизацию оптоволоконных зондов необходимо
проводить в соответствии со стандартами и методическими указаниями
обработки и стерилизации эндоскопов, используемых при стерильных
эндоскопических манипуляциях. Обработка состоит из 4-х этапов:
предварительная очистка, предстерилизационная очистка, стерилизация и
хранение. При этом основной этап стерилизации необходимо проводить в
соответствии с возможностями клинического учреждения. При отсутствии
возможности газовой или плазменной низкотемпературной стерилизации
необходимо применять химическую стерилизацию жидкими средствами
строго в соответствии с протоколами производителя.
Соседние файлы в папке Библиотека им академика М.И. Перельмана