Ученые Приволжского исследовательского медицинского университета и Института прикладной физики РАН разработали передовую систему диагностики злокачественных опухолей мозга во время операции. В основе метода лежит оптическая когерентная томография (ОКТ), которая уже широко применяется в офтальмологии для проведения обследований. С помощью ОКТ врачи получили изображения тканей головного мозга, на которых четко видны различия между раковыми и здоровыми клетками. Это существенно упрощает операции по удалению опухоли мозга и делает их более эффективными. Работа ученых с описанием перспектив использования ОКТ в нейрохирургии опубликована в двух научных журналах: Scientific Reports и Frontiers in Oncology.

Внешний вид оптического когерентного томографа,...

Внешний вид оптического когерентного томографа, использованного в данном исследовании

Глиома (опухоль головного мозга) — одно из самых распространенных заболеваний центральной нервной системы. Сложность лечения заключается в том, что опухоль иногда «врастает» в белое вещество головного мозга и не имеет четких границ. Для того чтобы их определить, нижегородские ученые использовали оптическую когерентную томографию. По принципу работы технология напоминает ультразвуковую диагностику. В отличие от звука световая волна проникает в ткани на небольшую глубину — 1-2 мм, а затем в зависимости от их структуры отражается с разной степенью интенсивности. На основании полученных данных прибор строит изображение головного мозга. «ОКТ может использоваться для диагностики разных тканей, — рассказывает Александр Моисеев, старший научный сотрудник лаборатории высокочувствительных оптических измерений ИПФ РАН. — Наша задача –выделить типовые признаки тканей и научиться их систематизировать».

Сравнение срезов здоровой и опухолевой ткани, п...

Сравнение срезов здоровой и опухолевой ткани, полученных методом ОКТ при различных условиях измерений

В рамках исследования ученые проанализировали более 300 «снимков» образцов тканей, взятых у пациентов во время операций по удалению опухоли и биопсии, и классифицировали ключевые различия между опухолевыми и здоровыми клетками. Основной критерий — это интенсивность сигнала ОКТ. «Белое вещество состоит из миелиновых волокон — отростков нейронов, плотно обернутых клеточной мембраной, — объясняет Константин Яшин, врач-нейрохирург Университетской клиники ПИМУ — За счет такой структуры свет в здоровые ткани мозга проникает неглубоко и очень хорошо рассеивается. Поэтому от белого вещества мы получаем интенсивный сигнал. Клетки опухоли, наоборот, более разрознены, их плотность может варьироваться, из-за чего свет проникает более глубоко, а сигнал получается менее интенсивный». По сравнению с УЗИ и МРТ оптическая когерентная томография обладает более высокой разрешающей способностью. Поэтому ученые выделили дополнительный критерий для анализа изображений — однородность структуры тканей. Например, белое вещество выглядит более ровным и однородным, чем опухоль. Сейчас исследователи работают над созданием специального атласа изображений с инструкциями по их интерпретации.

В особенно сложных случаях, когда невозможно провести визуальную оценку оригинального «снимка», с помощью ОКТ можно построить контрастное изображение мозга. В зависимости от интенсивности вернувшегося сигнала, для всех типов тканей рассчитывают коэффициенты рассеяния и затухания. Каждому значению присваивают свой цвет, за счет чего изображение становится более контрастным, а различия между белым веществом и опухолью — более очевидными. Такой метод применяют, когда белое вещество находится в состоянии отека или опухоль является относительно доброкачественной.

Сравнение результатов гистологии (первые два ря...

Сравнение результатов гистологии (первые два ряда) с результатами расцвечивания карты мозга на основе ОКТ-измерений (два нижних ряда) для здоровых тканей (три левых столбца) и различных типов опухолей (три правых столбца)

Исследование возможностей применения ОКТ в нейрохирургии поддерживается Российским научным фондом и Российским фондом фундаментальных исследований. В данный момент ученые реализуют проект по увеличению информативности ОКТ в исследованиях in vivo под руководством Александра Моисеева. Они работают над улучшением качества сигнала в оборудовании, которое будет использоваться во время проведения операции. Кроме того, исследователи планируют разработать специальный зонд для биопсии. «Часть опухолей являются неоперабельными, — объясняет Константин Яшин. — В этом случае мы берем образцы опухолевой ткани и отправляем их на экспертизу, чтобы подобрать химио- или лучевую терапию». Сейчас для получения необходимого образца врачам приходится брать большое количество проб, из-за чего возрастает риск для пациента. С помощью оптической когерентной томографии они смогут выявить точную область нахождения опухоли и избежать повреждения кровеносных сосудов, что позволит сократить число образцов и сделать биопсию более безопасной.

Одновременно с разработкой ОКТ для задач нейрохирургии продолжает расширяться спектр применения этой технологии. «На сегодняшний день оптическая когерентная томография используется в разных направлениях медицины. Например, в эндоваскулярной хирургии, дерматологии, урологии, — перечисляет Александр Моисеев. — Сейчас с нами работает команда хирургов, которые используют эту технологию для проведения операций на кишечнике. Также сотрудники нашей лаборатории взаимодействуют с отоларингологами, которые применяют ОКТ для диагностики экссудативного отита — заболевания, которое может привести к потере слуха».

Внешний вид мозговой ткани и датчика томографа

Внешний вид мозговой ткани и датчика томографа