Спекл-эффект следит за кровотоком

Новая технология поможет нейрохирургам точнее отслеживать показатели кровотока мозга пациента, повышая безопасность операции и предотвращая возможные осложнения: кровоизлияния и образование тромбов.

«Мы впервые разработаем систему бесконтрастной, бесконтактной, непрерывной интраоперационной оценки кровотока как при нейрохирургических вмешательствах, так и в других областях хирургии. Метод даст возможность анализировать объективные показатели потока крови и насыщения мозга кровью, что позволит повысить безопасность многих проводимых сейчас нейрососудистых, нейроонкологических и прочих вмешательств. Простыми словами, мы ставим задачу улучшить качество оказания нейрохирургической помощи пациентам в нашей стране и за ее пределами», — рассказывает участник проекта Антон Коновалов, кандидат математических наук, врач-нейрохирург, научный сотрудник НМИЦН имени академика Н. Н. Бурденко, старший научный сотрудник Сеченовского университета.

Общий вид установки

Дмитрий Ставцев

В режиме реального времени

При нейрохирургических вмешательствах врачи должны непрерывно следить за мозговым кровотоком пациента, особенно во время операций, проводимых на кровеносных сосудах мозга. При подобных вмешательствах нейрохирурги часто сталкиваются с кровотечениями или нарушением кровоснабжения, что может привести к серьезным осложнениям: отеку мозга, повреждению сосудов, инфицированию раны и даже к смерти пациента. Отслеживание изменений в кровотоке позволяет врачам оценить кровонаполненность сосудов мозга и своевременно выявить отклонения, например образование тромбов или пережатие сосудов во время операции.

Существует несколько методов наблюдения за кровотоком в нейрохирургии, которые считаются эталонными и называются «золотым стандартом»: например, ангиография и интраоперационная контактная допплерография. Хотя с помощью этих методов можно с высоким разрешением отслеживать качество кровоснабжения органов и тканей в режиме реального времени, они имеют свои недостатки, которые усложняют операцию. Ангиография требует введения контрастного вещества, что занимает у врачей много времени. При интраоперационной контактной допплерографии область обзора ограничена, поскольку метод требует прямого контакта аппарата с тканью мозга, при этом внимание хирурга разделяется между двумя задачами.

Ученые из Первого Московского государственного медицинского университета имени И. М. Сеченова и Национального медицинского исследовательского центра нейрохирургии имени академика Н. Н. Бурденко разработали новый аппаратно-программный комплекс, который позволяет в режиме реального времени следить за кровотоком пациента при проведении операций на головном мозге.

В исследовании также принимали участие сотрудники НИУ «Московский институт электронной техники» и Астонского университета (Великобритания).

Подход основан на спекл-эффекте, который возникает при прохождении лазерного излучения сквозь неоднородную среду с рассеивающими свойствами, например сквозь стенки сосудов. На поверхности освещаемого лазером объекта создается картина со случайными чередованиями максимумов и минимумов интенсивности освещения, которые и называют «спеклами». Камера записывает последовательность кадров, полученных при таком освещении, после чего компьютерная программа обрабатывает кадры и оценивает скорость потока крови в просвете сосуда, поскольку он влияет на то, как стенки сосуда рассеивают свет. Затем на экран выводится изображение, где с помощью условных цветов (например, переходов от холодных тонов к теплым) показывается наличие или отсутствие потока.

Результаты графического анализа параметров кровотока в сонных артериях крысы в условиях наложения клипсы на сосуд: а), е) — до воздействий; б), ж) — клипирование артерии; в), з) — восстановление кровотока после клипирования; г), и) — треппинг артерии (клипирование с дистального и проксимального концов); д), к) — восстановление после треппинга

Дмитрий Ставцев

Лучше «золотых стандартов»

Исследователи провели эксперименты на сонных артериях самцов двухмесячных крыс — по размеру они сопоставимы с мелкими артериями мозга человека. Авторы осуществили манипуляции, выполняемые при полной или частичной блокировке кровотока в кровеносных сосудах, сужении артерий или других кровеносных сосудов и образовании тромба в них.

Эксперименты подтвердили, что метод спекл-контрастной визуализации, в отличие от иных используемых в нейрохирургии подходов, позволяет в режиме реального времени отслеживать кровоток в любой момент, когда это необходимо хирургу. Он охватывает 100% времени операции, в то время как остальные — 15‒20%. Система быстро реагирует на изменения кровотока в сосуде и своевременно предоставляет достоверную информацию, что в случае возникновения осложнений имеет решающее значение. Несмотря на наличие определенных ограничений, таких как снижение качества визуализации при кровотечениях или появлении бликов, новая технология демонстрирует значительный потенциал для улучшения качества нейрохирургической помощи.

«Сравнение с существующими “золотыми стандартами” в области мониторинга кровотока подтвердило значительные преимущества разработанной системы, включая способность к непрерывному отслеживанию на протяжении всей операции, быструю реакцию на изменения кровотока и высокую достоверность получаемых данных», — рассказывает руководитель проекта Сергей Кузнецов, доктор медицинских наук, профессор кафедры анатомии и гистологии человека Сеченовского университета, член-корреспондент РАН.

«Уже сейчас можно с уверенностью сказать, что проект будет продолжен. Мы заканчиваем тестировать прототип системы на лабораторных животных, дорабатываем и улучшаем его. Впереди — получение разрешения на апробирование системы в реальной нейрохирургической практике», — рассказывает участник проекта Дмитрий Телышев, доктор технических наук, профессор, директор Института бионических технологий и инжиниринга НТПБ Сеченовского университета.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Scientific Reports.

По материалам пресс-службы РНФ