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
71
Продолжение таблицы 1.1
1
2
3
4
5
6
7
Классификация
патологических и
злокачественных
поражений
эпителиальных
тканей желудка
Отношение
коэффициентов
диффузного отражения
(R) оксигенированного
гемоглобина на двух
длинах волн 540 и 575
нм (R540/R575)
Алгоритм
определения
R540/R575
Выявлены различия в средних соотношениях
R540/R575:
- 6,84% между эпителиальными тканями
нормального желудка и хронической язвой
желудка,
- 14,7% между эпителиальными тканями
нормального желудка и
низкодифференцированной аденокарциномой
желудка;
- 22,6% между эпителиальными тканями
нормального желудка и недифференцированной
аденокарциномой желудка
[220]
Легкие
8
Дифференциация
опухоли от
нормальной ткани
легкого
Спектры диффузного
отражения
Анализ на основе
моделей
Точность: 84 %, Se = 89 %, Sp = 79 %
[221]
Почки
9
Дифференциация
опухоли от
нормальной ткани
почек
Определение наклона
спектров диффузного
отражения в диапазоне
560-630 нм
Алгоритм расчета
угла наклона
Обнаружено различие между средними
наклонами диффузно-отражательных спектров
опухоли и нормальной паренхимы (p = 0,03)
[222]
72
Продолжение таблицы 1.1
1
2
3
4
5
6
Печень
10
Оценка
функционального
состояния печени:
выявление
паренхиматозных
повреждений:
стеатоза и
фиброза
Оценка параметров
рассеяния и объемных
фракций крови, желчи
и жира
Алгоритм
определения
диагностических
параметров
При измерениях капсулы печени с капсулой и без
различия в объемных долях крови, липидов и
желчи составили: 1,63% (0,75–2,77), -0,54% (-
2,97–0,32) и -0,15% (-1,06–1,24), соответственно
[223]
Средние значения
диффузного отражения
в выбранных
диапазонах
ЛДА
Se = 0,94, Sp = 0,95
[224]
11
Дифференциация
опухоли от
нормальной ткани
печени
Процентное
содержание желчи,
объемные доли крови,
уровень оксигенации
крови, средний радиус
сосудов, объемная
доля воды, липидов
параметры рассеяния
Алгоритм
определения
диагностических
параметров
Выявлено статистически значимое отличие
(p<0,01) параметров процентного содержания
желчи, объемной доли воды, параметров
рассеяния
[225,
226]
CART
Se = 94%, Sp = 94%
[227]
Интегрированные
спектры
флуоресценции двух
светодиодов с пиками
излучения 470 нм и
515 нм
SVM
Se = 98,4%, Sp = 99,2%
[228]
73
Особый интерес представляют системы интраоперационной
диагностики, построенные на основе метода СДО, апробированные в
клинической практике.
Содержание крови и уровень кислорода в опухоли являются важными
биомаркерами и прогностическими индикаторами у пациентов с
колоректальным раком. Это обстоятельство позволило предложить
эндоскопическую диффузно-отражательную систему для дифференциации
нормальных и злокачественных тканей при канцерогенезе толстой кишки во
время проведения колоноскопии [229]. Фото эндоскопического зонда
оригинальной конструкции приведено на рисунке 1.19. Система позволила
контролировать концентрацию гемоглобина и S
t
O
2
в толстой кишке на всех
стадиях канцерогенеза in vivo.
Рисунок 1.19 – Эндоскопическая система СДО: фотография и схема
эндоскопического волоконно-оптического зонда (а), проведение
исследований (б, в) [229]
Большой вклад во внедрение оптической биопсии в клиническую
практику внесла команда ученых под руководством Theodoor J.M. Ruers. На
рисунке 1.20 показано проведение исследования характеристик ткани легкого
методом СДО в реальном масштабе времени in vivo с помощью специально
74
разработанного ими оптоволоконного зонда для прицельной биопсии
опухолей легкого [230]. Предложенный подход позволил определить
перспективные диагностические параметры, не зависящие от количества
крови на кончике иглы, а именно содержание воды и параметры рассеяния,
для дифференциации здоровой ткани легкого и опухолевой ткани.
Рисунок 1.20 – Проведение трансторакальной биопсии с контролем
характеристик ткани легкого методом СДО [230]
Эта же система была использована авторами для in vivo обнаружения
рака молочной железы [231]. Анализ спектров диффузного отражения,
зарегистрированных непосредственно во время проведения биопсии, а также
построенные на основе SVM классификаторы позволили дифференцировать
злокачественную ткань от здоровой с точностью 0,93.
Также под руководством Theodoor J.M. Ruers проводятся исследования
диагностических возможностей волоконно-оптической СДО при
колоректальном раке. Построенные на методах МО классификаторы
показывают высокие значения диагностической эффективности (AUC 0,96,
0,88 и 0,84 для дифференциации жира, здоровой стенки толстой кишки и
опухоли) [232].
75
J.Q. Brown и др. спроектировали систему для диагностической биопсии
при раке молочной железы, оснащенную специальными оптоволоконными
зондами, совместимыми с биопсийными иглами 10 G и 14 G [233]. В in vivo
исследованиях было показано, что насыщение гемоглобином в
злокачественных тканях было значительно ниже, чем в незлокачественных
тканях, и отрицательно коррелировало с размером и морфологической
категорией опухоли.
Многообещающими для клинического внедрения являются
исследования, посвященные обнаружению предраковых заболеваний шейки
матки методом СДО через специально спроектированный оптический зонд с
возможностью регистрации спектров отражения из различных слоев ткани за
счет использования в зонде набора волокон, позволяющих реализовать
измерения с различной «базой измерений» (расстоянием источник-приемник)
[234]. Использование предложенного подхода позволило определять
предраковые заболевания шейки матки in vivo с чувствительностью и
специфичностью более 72% и 81% соответственно.
Таким образом, метод СДО можно интегрировать в хирургические
миниинвазивные инструменты и получать данные о перфузионно-
метаболических характеристиках биотканей различных органов во время
проведения МИХВ.
В основу метода флуоресцентной спектроскопии (ФС) заложена
регистрация автофлуоресценции биотканей (λ
f
) в результате её возбуждения
оптическим излучением (λ
пад
) [235]. Большинство эндогенных флуорофоров
связаны со структурным строением или с различными метаболическими
процессами, отвечающими за функциональное состояние биоткани [236–239].
По показателям активности дыхательной цепи возможно предсказывать
гибель клетки, диагностировать состояние тканевой ишемии, либо напротив,
говорить о ее злокачественной активности. На основе сказанного большое
количество исследований в области ФС посвящено приложениям метода для
онкологии [240–247].
76
Особое внимание стоит уделить оценке содержания НАДН методом ФС,
так как это наиболее часто используемый метод оценки метаболических
состояний и нарушений как на клеточном, так и на тканевом уровнях. В.
Chance и его коллеги в 1950-х годах продемонстрировали, что НАДН
проявляет автофлуоресценцию в восстановленной форме [248,249]. Это
позволяет определить окислительно-восстановительное состояние НАД(Н)
путем измерения интенсивности флуоресценции НАДН [250]. Большой вклад
в развитие внедрения ФС в клиническую практику внес A. Mayevsky [179,185].
В соавторстве с группой ученых им было показано, что интенсивность
флуоресценции тканевой НАДН может использоваться в качестве индикатора
гипоксии [251]. Чтобы преодолеть проблемы, связанные с влиянием
рассеивающих свойств ткани на сигнал, J.R. Lakowicz и др. предложили
использовать измерение времени жизни флуоресценции НАДН [252], на
основе которого построены методы микроскопии визуализации времен жизни
флуоресценции (fluorescence lifetime imaging microscopy, FLIM) и ФС с
временным разрешением. Преимущество этих методов заключаются в том, что
они чувствительны к межмолекулярным взаимодействиям [253] и позволяют
распознавать эндогенные флуорофоры с перекрывающимися спектрами
количественно и независимо от интенсивности, в том числе свободный и
связанный с белком НАДН. Свободный НАДН имеет относительно короткое
время затухания ~ 0,4 нс. Среднее время жизни флуоресценции связанного с
белком НАДН варьируется от 1,0 до 4,0 нс в зависимости от его
микроокружения [75,254,255]. По изменению относительного соотношения
свободного и связанного НАДН можно оценить метаболический редокс-
статус клетки и тканей [256,257].
Также для оценки митохондриальной функции распространенным
является подход одновременного определения содержания коферментов
НАДН и ФАД, с последующим расчетом их соотношения (редокс-отношения)
[113,258]. Поскольку основная масса НАДН образуется при гликолизе, а ФАД
77
– при OXPHOS, редокс-отношение этой пары может косвенно характеризовать
метаболическую активность клетки.
В таблице 1.2 сведены данные об оптических характеристиках
эндогенных флуорофоров, которые наиболее часто используются в качестве
биомаркеров перфузионно-метаболических нарушений в биологических
тканях.
Таблица 1.2 – Эндогенные флуорофоры биологических тканей
Эндогенные флуорофоры
Длина волны
возбуждения, нм
Длина волны
эмиссии, нм
1
2
3
4
Коллаген
330-340
350-420
[236]
330-340
400-410
[239]
350-420
420-510
300-340
420-460
[238]
325, 360
400, 405
[240]
Эластин
400-410
420-510
[236]
290
340
[239]
325
400
300-340
420-460
[238]
290, 325
340, 400
[240]
НАД(Ф)Н
330-380
440,462
(свободный,
связанный)
[236,239]
260, 340
470
[238]
НАДН
290, 351
440, 460
[240]
НАДФН
336
464
[240]
ФАД, флавины
350-370/440-450
480/540
[236]
260, 370, 450
530
[238]
450
535
[240]
ФАД
410-450
510-560
[239]
Флавинмононуклеотид
(ФМН)
440–450
540
[239]
Рибофлавин
444
558
[239]
410
510-530
420-500
520-750
Жирные кислоты
330-350
470-480
[236,239]
78
Продолжение таблицы 1.2
1
2
3
4
Витамин А
370-380
490-510
[236,240]
327
510
[239]
Протопорфирин IX и
производные порфирина
405
630-700
[236]
400-450
630-700
[239]
400–450
630, 690
[240]
Протопорфирин IX
406,505,540,575,630
633
[238]
Липофусцины,
липопигменты
400-500
480-700
[236]
340-395
430-460,540
[239,240]
400-500
480-700
[239]
Обобщенная схема метода ФС приведена на рисунке 1.21. Возбуждение
флуоресценции осуществляется с помощью широкополосных ламп,
светодиодов или лазерных источников. Для полихроматических источников
света с целью выбора длины волны возбуждения используется спектральный
фильтр или монохроматор. Переизлученный в форме флуоресценции свет
регистрируется и количественно может определяться фотоумножителями
(ФЭУ), фотодиодами (ФД), но чаще всего ПЗС-спектрометрами. Оптические
фильтры или монохроматоры необходимы для удаления из полезного сигнала
обратно отраженного света и фоновой флуоресценции.
Рисунок 1.21 – Обобщенная схема проведения диагностики методом ФС
79
Для использования в дальнейших алгоритмах диагностики состояния
биотканей, а также построения классификаторов, могут использоваться
параметры максимальной интенсивности флуоресценции в спектре I
Fλ
,
интенсивности флуоресценции на длине волны, ассоциированной с
различными флуорофорами на основе предварительных данных (I
FНАДН,
I
Fколлаген
и т.д.), площадь под кривой в выбранном спектральном диапазоне
(S
Fλ1-λ2
). При применении способа деконволюции к полученной
спектрометрической информации анализируются амплитуды и площади
составляющих суммарного спектра (I
F1
, I
F2
… I
Fn
; S
F1
, S
F2
… S
Fn
) (рисунок 1.22).
Рисунок 1.22 – Диагностические параметры, рассчитанные по спектрам
флуоресценции
C точки зрения электроники, измерение времен жизни эндогенной
флуоресценции возможно либо на основе измерений фазы и глубины
модуляции флуоресцентного сигнала, либо на основе временных методов,
когда измеряется временной профиль сигнала после лазерного импульса
возбуждения [259].
80
Метод время-коррелированного счета фотонов (time-correlated single-
photon counting, TCSPC) использует синхронизацию импульсного источника
возбуждения, например пикосекундного лазера или светодиода, с
синхронизацией прибытия отдельных фотонов на детектор для реконструкции
распада времени жизни на протяжении многих повторяющихся событий
(повторение импульсов и обнаруженных фотонов) (рисунок 1.23). Этот метод
основан на том факте, что вероятность обнаружения отдельного фотона в
момент времени t после возбуждающего импульса пропорциональна
интенсивности флуоресценции в момент времени t. Использование
импульсных лазеров или светодиодов с относительно высокой частотой
повторения (от 10 кГц до 100 МГц) синхронизировано со временем, когда
следующий фотон достигает детектора (ФЭУ или лавинные диоды,
работающие в режиме счета фотонов). Сигнал с детектора представляет из
себя последовательность электрических импульсов, вероятность
распределения которых относительно возбуждающего оптического импульса
является кривой затухания флуоресценции [259].
Рисунок 1.23 – Обобщенная схема проведения диагностики методом ФС с
временным разрешением
Соседние файлы в папке Библиотека им академика М.И. Перельмана