Методы и системы интраоперационной оптической диагностики для задач миниинвазивной хирургии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, доктор наук Потапова Елена Владимировна

• Потапова Елена Владимировна
• доктор наук
• 2025

Оглавление диссертации доктор наук Потапова Елена Владимировна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ПРОБЛЕМ МЕТОДОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ИНТРАОПЕРАЦИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ ОРГАНИЗМА

1.1 Миниинвазивные хирургические вмешательства

1.1.1 Отдельные виды миниинвазивных хирургических вмешательств

1.1.2 Специальный инструментарий для миниинвазивной хирургии

1.1.3 Хирургические патологии, синдромы и состояния, требующие оценки перфузионно-метаболических параметров биотканей при миниинвазивных хирургических вмешательствах

1.1.3.1 Показания к проведению миниинвазивных диагностических и лечебных вмешательств

1.1.3.2 Перфузионно-метаболические параметры биотканей при различных патологических состояниях

1.2 Аналитический обзор методов и средств диагностики перфузионно-метаболических параметров биотканей организма в задачах миниинвазивной хирургии

1.2.1 Обзор инструментальных методов интраоперационной диагностики

1.2.2 Обзор методов интраоперационной оптической диагностики

1.3 Предварительные экспериментальные исследования диагностических возможностей оптических методов при патологических нарушениях

(микроскопия и неинвазивная оптическая диагностика)

1.3.1 Исследование биоэнергетических процессов и окислительно -восстановительного гомеостаза опухоли на клеточном и тканевом уровнях методами флуоресцентной микроскопии

1.3.2 Исследование перфузионно-метаболических нарушений у пациентов эндокринологического и ревматологического профилей методами диффузно-отражательной и флуоресцентной спектроскопии

1.3.3 Исследование локальных нарушений перфузии в тканях псориатических бляшек у пациентов с псориазом методом лазерной допплеровской флоуметрии и лазерной спекл-контрастной визуализации

1.4 Формулирование целей и задач диссертационного исследования

ГЛАВА 2. МЕТОД СИНТЕЗА СИСТЕМЫ ИНТРАОПЕРАЦИОННОЙ ОПТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ДЛЯ ЗАДАЧ МИНИИНВАЗИВНОЙ ХИРУРГИИ

2.1 Формирование комплекса перфузионно-метаболических параметров биотканей для реализации оптической диагностики

2.2 Структура процесса интраоперационной оптической диагностики при решении задач миниинвазивной хирургии

2.3 Компоненты методического обеспечения системы интраоперационной оптической диагностики

2.4 Компоненты инструментального и программно-алгоритмического обеспечения системы интраоперационной оптической диагностики

2.5 Обобщенная структура системы интраоперационной оптической диагностики для решения задач миниинвазивной хирургии

2.6 Пример реализации системы интраоперационной оптической

диагностики для задач миниинвазивной хирургии

2.6 Выводы по главе

ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ИНТРАОПЕРАЦИОННОЙ ОПТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ВО ВРЕМЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПУНКЦИОННЫХ

МИНИИНВАЗИВНЫХ ХИРУРГИЧЕСКИХ ВМЕШАТЕЛЬСТВ

3.1 Метод дифференциации новообразований и паренхимы печени

3.1.1 Исследование опухолевых новообразований у биологических моделей для интраоперационной диагностики тканевого метаболизма методами флуоресцентной спектроскопии и спектроскопии диффузного отражения

3.1.2 Методика проведения клинических исследований, реализующих регистрацию спектров флуоресценции и диффузного отражения интраоперационно через тонкоигольный оптоволоконный зонд во время проведения чрескожной пункционной биопсии печени

3.1.3 Анализ результатов клинических исследований

3.1.4 Алгоритм классификации данных

3.1.5 Синтез метода дифференциации новообразований и паренхимы печени

3.2 Метод классификации новообразований печени

3.2.1 Экспериментальное исследование опухолевых новообразований у биологических моделей с помощью флуоресцентной спектроскопии с временным разрешением для интраоперационной оценки тканевого метаболизма

3.2.2 Методика проведения клинических исследований, реализующих регистрацию времени жизни флуоресценции интраоперационно через оптоволоконный зонд во время проведения чрескожной пункционной биопсии печени

3.2.3 Анализ результатов клинических исследований

3.2.4 Алгоритм классификации данных

3.2.5 Синтез метода классификации новообразований печени

3.3 Выводы по главе

ГЛАВА 4. АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ИНТРАОПЕРАЦИОННОЙ ОПТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ВО ВРЕМЯ ПРОВЕДЕНИЯ МИНИИНВАЗИВНЫХ ХИРУРГИЧЕСКИХ

ВМЕШАТЕЛЬСТВ

4.1 Мультимодальный подход к оценке перфузионно-метаболических

нарушений в эндометрии женщин с диагнозом миома матки

4.1.1 Методика проведения клинических исследований на основе совместной регистрации сигналов лазерной допплеровской флоуметрии и флуоресцентной спектроскопии интраоперационно

4.1.2 Анализ результатов клинических исследований перфузионно-метаболических параметров эндометрия

4.1.3 Алгоритм оценки влияния миом на перфузию эндометрия

4.2 Интраоперационная оптическая диагностика метаболической и выделительной функции печени у пациентов с синдромом механической желтухи с возможностью прогноза послеоперационного течения заболевания

4.2.1 Методика проведения клинических исследований на основе регистрации спектров флуоресцентной спектроскопии паренхимы печени интраоперационно во время установки дренажных систем и спектров комбинационного рассеяния желчи

4.2.2 Анализ результатов клинических исследований перфузионно-метаболических параметров печени у пациентов с механической желтухой

4.2.3 Алгоритм прогнозирования послеоперационного течения заболевания у пациентов с синдромом механической желтухи на фоне минимально инвазивных хирургических вмешательств

4.3 Интраоперационная оптическая диагностика метаболического статуса новообразований молочной железы

4.3.1 Методика проведения клинических исследований на основе регистрации спектров флуоресцентной спектроскопии и диффузного отражения интраоперационно во время проведения чрескожной пункционной биопсии новообразований молочных желез

4.3.2 Анализ результатов клинических исследований пациенток с подозрением на рак молочной железы

4.3.3 Алгоритм определения метаболического статуса новообразований молочной железы

4.4 Интраоперационная оценка микроциркуляции крови в тканях поджелудочной железы

4.4.1 Исследование взаимосвязи нарушений перфузии крови с метаболическими изменениями в поджелудочной железе

4.4.2 Методика экспериментальных исследований на основе лазерной спекл-контрастной визуализации микрогемодинамики поджелудочной железы, предназначенная для проведения лапароскопических вмешательств

4.4.3 Анализ результатов экспериментальных исследований перфузионных параметров поджелудочной железы при моделировании ишемии

4.4.4 Синтез алгоритма регистрации перфузионных нарушений

поджелудочной железы при лапароскопических МИХВ

4.5 Выводы по главе

ГЛАВА 5. ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЕ КОМПЛЕКСЫ ДЛЯ ИНТРАОПЕРАЦИОННОЙ ОПТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ВО ВРЕМЯ ПРОВЕДЕНИЯ МИНИИНВАЗИВНЫХ ХИРУРГИЧЕСКИХ ВМЕШАТЕЛЬСТВ

5.1 Принципы построения программно-аппаратных комплексов для интраоперационной оптической диагностики во время проведения миниинвазивных хирургических вмешательств

5.2 Разработка оптоволоконных зондов различного назначения

5.3 Обработка и стерилизация оптоволоконных зондов различного назначения

5.4 Программно-аппаратный комплекс флуоресцентно-отражательной спектроскопии для интраоперационной оптической диагностики во время проведения миниинвазивных хирургических вмешательств

5.5 Программно-аппаратный комплекс флуоресцентной спектроскопии с временным разрешением для интраоперационной оптической диагностики во время проведения миниинвазивных хирургических вмешательств

5.6 Программно-аппаратный комплекс для интраоперационной лазерной спекл-контрастной визуализации микроциркуляторных нарушений органов во время проведения лапароскопических операций

5.7 Перспективы развития интраоперационной оптической диагностики в

миниинвазивной хирургии

5.9 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы и системы интраоперационной оптической диагностики для задач миниинвазивной хирургии»

Актуальность работы

В течение последних десятилетий в клинической хирургии успешно применяются и развиваются новые методики эндоскопических, лапароскопических, чрескожных, пункционных и эндоваскулярных вмешательств. В 1987 г. Э.А. Уикхем ввел термин «минимально инвазивная процедура», который во многом определил динамичное развитие этой области исследований. Методы миниинвазивных хирургических вмешательств (МИХВ) позволяют значительно снизить травматизацию, а также свести к минимуму время восстановления и общие затраты на лечение. Распространенным подходом обратной связи для хирурга при МИХВ является использование видеоизображения операционного поля, если речь идет об эндоскопических и лапароскопических операциях, или контроль положения хирургических инструментов с помощью ультразвуковой или рентгенологической навигации при пункционных и дренирующих МИХВ. В большинстве случаев особенности изображения и передачи данных затрудняют зрительное восприятие и адекватную оценку состояния органов.

Одним из вариантов оценки состояния органов является определение перфузионно-метаболических характеристик его биологических тканей. Под перфузионно-метаболическими характеристиками понимают совокупность параметров, характеризующих микроциркуляцию крови (перфузию), уровень энергетического метаболизма, а также насыщения тканей кислородом. Перфузионно-метаболические нарушения играют важную роль в развитии многих хирургических патологий (воспаление, некроз, ишемия, онкологические заболевания и др.). Определение перфузионно-метаболических показателей может лечь в основу дифференциации опухолевых и условно здоровых тканей, классификации различного типа новообразований, уточнения состояния пациента в ходе оперативного

вмешательства, оценки выполнения функций органа для прогнозирования послеоперационного периода и т.д.

Среди медицинских задач в МИХ особое место занимает низкая эффективность пункционных диагностических процедур, достигающая по некоторым данным 25-30%; также важной диагностической проблемой является определение метаболического статуса пунктируемой опухоли, что может лечь в основу быстрой (предварительной) диагностики класса новообразований и дополнительно сформировать представление о возможном ответе опухолей на лечение. Нерешенной задачей остается определение перфузионно-метаболических параметров органа на момент операции; данная диагностическая информация важна для выбора персонализированного лечебно-диагностического алгоритма, в том числе у пациентов с двухэтапным хирургическим лечением.

Методы оптической диагностики (ОД) могут давать дополнительную информацию о состоянии биологических тканей с точностью, сравнимой или превышающей показатели стандартных методов диагностики, а также конструктивно совместимы со стандартными инструментами для МИХВ. Методы оптической спектроскопии и визуализации с высоким разрешением могут обеспечить альтернативные средства оценки тканевого метаболизма и микрососудистых нарушений в режиме реального времени, что может играть решающую роль при определении тактики лечения ряда хирургических заболеваний.

Таким образом, разработка методов и технических средств (систем) для интраоперационной ОД перфузионно-метаболических параметров биологических тканей при решении различных клинических задач в миниинвазивной хирургии (МИХ) может стать важным шагом на пути оптимизации и улучшения лечебно-диагностических алгоритмов.

Степень проработанности темы

Общепризнанными технологиями в определении перфузионно-метаболических характеристик биотканей являются методы ОД, многими

авторами объединяемые термином «оптическая биопсия» (Тучин В.В., Приезжев А.В., Chance B., Jacques S.L., Lakowicz J.R. и др.). В частности, флуоресцентная спектроскопия (ФС) может улучшить понимание тканевого метаболизма; методы динамического рассеяния света (лазерная допплеровская флоуметрия - ЛДФ, лазерная спекл-контрастная визуализация - ЛСКВ) дают информацию о состоянии микроциркуляции крови в исследуемых органах; спектроскопия диффузного отражения (СДО) позволяет анализировать структурные изменения в биологических тканях, а также насыщение кислородом; спектроскопия комбинационного рассеяния (СКР) дает представление о биохимическом составе биотканей и жидкостей и т.д. В настоящее время внедрением оптических технологий в клиническую диагностику активно занимается ряд российских (под руководством В.В. Тучина, А.В. Приезжева, В.П. Захарова, Е.В. Загайновой, А.В. Дунаева, А.А. Камшилина, А.С. Мачихина, И.В. Турчина, Д.А. Горина, В.Б. Лощенова и др.) и зарубежных (Stefanovska A., Fredriksson I., Larsson M., Stromberg T., Marcu L., Zhu D. и др.) исследовательских групп. В последние годы растет интерес к внедрению оптических технологий в МИХ. Различные ученые (McLaughlin R.A., Alchab L., Chang E.W., Li J., Braun F., Ruers Т., Mun N.E., Zheng C., Heeman W., Ширшин Е.А., Щеславский В.И., Мачихин А.С. и др.) сообщали о попытках создания пункционных игл и лапароскопов со встроенными каналами дополнительной ОД. Однако, по-прежнему существуют проблемы внедрения данных технологий в клиническую практику, где важными аспектами являются эргономика, простота использования, а также общепринятые диагностические параметры, классификаторы и алгоритмы для систем поддержки принятия врачебных решений.

Таким образом, на сегодняшний день актуальными задачами являются разработка методической основы интраоперационной диагностики перфузионно-метаболических параметров биотканей при МИХ в виде синтеза системы, базирующейся на применении технологий биофотоники,

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.

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

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.

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),

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;

- 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

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.

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

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 «НИИ «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

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

эндометрия и уточнять показания для миомэктомии при различной локализации миоматозных узлов;

- при проведении дренирующих МИХВ и регистрации спектров флуоресценции паренхимы печени интраоперационно при установке дренажных систем, а также регистрации спектров комбинационного рассеяния желчи, полученной по дренажному каналу в послеоперационный период, оценить накопление флуорофоров в паренхиме печени, являющихся индикаторами тяжелой печеночной недостаточности, а также оценивать содержание билирубина в желчи в динамике послеоперационного периода и на основании этого прогнозировать течение послеоперационного периода у пациентов с синдромом МЖ;

- при проведении пункционных МИХВ молочной железы и применении метода СДО оценивать тканевую сатурацию новообразований молочной железы и выявлять низкокислородные опухоли с целью выбора оптимальной схемы лечения;

- при проведении лапароскопических МИХВ поджелудочной железы и применении метода ЛСКВ визуализировать микрогемодинамические нарушения и выявлять области с недостаточным кровоснабжением.

5) Предложенные принципы построения измерительных оптоволоконных зондов различной длины, диаметра и конфигурации волокон позволяют обеспечить получение диагностической информации непосредственно от биотканей во время проведения различных типов МИХВ без дополнительных разрезов в условиях плановых оперативных вмешательств за счет оптимального выбора схемотехнических решений.

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Потапова Елена Владимировна, 2025 год

ф источник 365 нм

@ источник 360-2400 нм

фотодетектор счёта фотонов

0 = 3 мм Ь = 300 мм КЛ = 0,22

1

Во избежание травматизации органов рабочая часть лапароскопических оптоволоконных зондов имеет тупой конец. Использование пути введения через троакар позволяет изготавливать зонды с диаметром до 10 мм

(предпочтительнее до 5 мм). Доступ к глубоко расположенным внутренним органам обуславливает необходимость исполнения жесткой рабочей части зондов c длиной не менее 30 см. Все зонды изготовлены с возможностью доставки и приема оптического излучения в нескольких диагностических каналах. Для каждого источника излучения используется группа передаточных волокон, собранных на выходе зонда в единый оптический канал. Также для каждого из каналов диагностики выделено отдельное волокно для доставки излучения к приемнику, однако в случае возможности совмещения модальностей, например каналов СДО и ФС, используется общий фотоприемник (ПЗС-спектрометр) и одно приемное волокно.

Зонд N° 1 (диаметр 1,3 мм, длина 300 мм, апертура 0,22) предназначен для исследования перфузионно-метаболических параметров биотканей во время проведения чрескожных (чресфистульных) оперативных вмешательств [468]. Внутри зонда расположены 10 оптических волокон: центральное волокно диаметром 200 мкм используется для сбора излучения и его передачи к спектрометру, 9 волокон диаметром 100 мкм (по 3 волокна для каждого источника) служат для равномерного освещения области исследования источниками излучения во время измерений. Зонд используется для регистрации спектров диффузного отражения и флуоресценции практически из одного диагностического объема.

Зонды №№2 и 3 предназначены для проведения интраоперационной ОД в эндохирургии и вводятся в брюшную полость через троакар или в полость матки через инструментальный канал гистероскопа. Зонд №2 (диаметр 3 мм, длина 300 мм, апертура 0,22, количество волокон - 6) позволяет проводить мультимодальную диагностику и предусматривает оптические волокна для доставки и регистрации излучения в канале ЛДФ (диаметр волокон 6 мкм и 400 мкм, соответственно), а также в двух каналах ФС с различными источниками возбуждения флуоресценции 365 и 450 нм (диаметр волокон 400 мкм) [452,454]. Зонд №3 (диаметр 3 мм, длина 300 мм, апертура 0,22, количество волокон - 6, диаметр волокон 400 мкм) сконструирован под задачи

оценки функционального состояния почки во время проведения резекции опухоли в условиях тепловой ишемии. Зонд имеет конфигурацию волокон, позволяющую подключать пикосекундные диодные лазеры, полихроматический источник излучения, спектрометры и фотодетекторы счета фотонов для реализации в одной системе мультимодальной диагностики методами СДО и ФС с временным разрешением.

Для проведения ЧПБ с целью навигации и получения предварительного диагноза о типе опухоли и её метаболизме предложены тонкоигольные оптоволоконные зонды (таблица 5.2) различной длины и диаметра.

Каждый зонд совместим с иглами для ЧПБ и снабжен коннекторами для правильного позиционирования зонда в просвете канюли иглы. Выбор зонда для исследования определяется характеристиками органа-мишени: тип ткани, глубина залегания патологических изменений, интенсивность кровоснабжения. Все тонкоигольные оптоволоконные зонды изготовлены со скосом 20°, аналогичным скосу стандартных пункционных игл для ПБ с целью обеспечения непосредственного и плотного на максимальной площади контакта с исследуемыми тканями, а также при необходимости изменения позиции зонда (динамическое измерение) это обеспечивает возможность проведения исследования по ходу траектории движения инструмента в ткани, позволяя хирургу проводить ряд последовательных измерений.

Тонкоигольный оптоволоконный зонд №1 (диаметр 1 мм, длина 220 мм, числовая апертура 0,22) предназначен для проведения ЧПБ при заболеваниях паренхиматозных органов (печени) и совместим с пункционными иглами типа Chiba 18G [428,433]. Количество волокон в зонде - 10: 9 волокон (диаметр 100 мкм) предназначены для доставки оптического излучения (по 3 волокна в каждом диагностическом канале), центральное волокно (диаметр 200 мкм) предназначено для сбора и передачи диффузно отражённого света и флуоресценции. Зонд вводится внутрь канюли стандартной пункционной иглы после удаления мандрена и позволяет регистрировать сигналы СДО и ФС по мере продвижения иглы к области интереса.

Таблица 5.2 - Тонкоигольные оптоволоконные зонды

№

Расположение волокон в зонде, вид торца рабочей части зонда

Условные обозначения

Диаметр (0), длина (Ь), апертура (КЛ)

ф источник 365 нм Щ источник 450 нм

источник 360-2400 нм

0 = 1 мм Ь = 220 мм КЛ = 0,22

2

спектрометр ф источник 365 нм

; источник 450 / 360-2400 нм

0 = 0,7 мм Ь = 55 мм КЛ = 0,22

3

спектрометр ф источник 365 нм

источник 450 / 360-2400 нм

0 = 0,5 мм Ь = 160 мм КЛ = 0,22

4

спектрометр ф источник 365 нм

; источник 450 / 360-2400 нм

0 = 0,8 мм Ь = 35 мм КЛ = 0,22

1

Тонкоигольный оптоволоконный зонд №2 (диаметр 0,7 мм, длина 55 мм, количество волокон - 3, диаметр волокон 100 мкм, числовая апертура 0,22) предназначен для проведения интраоперационной ОД новообразований молочной железы во время аспирационной ЧПБ и совместим с пункционными иглами диаметра 19в [493]. Данный зонд позволяет регистрировать сигналы флуоресценции и диффузного отражения.

Тонкоигольный оптоволоконный зонд №3 (диаметр 0,5 мм, длина 160 мм, количество волокон - 3, диаметр волокон 100 мкм, числовая апертура 0,22) предназначен для проведения ЧПБ поджелудочной железы и совместим с

пункционными иглами типа Chiba 21G. Данный зонд позволяет регистрировать сигналы флуоресценции и диффузного отражения.

Тонкоигольный оптоволоконный зонд №4 (диаметр 0,8 мм, длина 35 мм, числовая апертура 0,22) предназначен для проведения интраоперационной ОД новообразований молочной железы во время ЧПБ без использования пункционной иглы. Количество волокон в зонде - 7, 6 волокон (диаметр 100 мкм) предназначены для доставки света (по 3 волокна в каждом диагностическом канале), центральное волокно (диаметр 200 мкм) предназначено для сбора оптического излучения. Данный зонд позволяет регистрировать сигналы флуоресценции и диффузного отражения.

В качестве примера с целью описания важных составляющих процесса изготовления оптоволоконных зондов ниже описан процесс проектирования пункционного зонда (тонкоигольный зонд №1, таблица 5.2), который был использован при разработке методов, описанных в главе 3.

На рисунке 5.2 приведен сборочный чертёж оптоволоконного зонда, который предназначен для интраоперационной ОД при выполнении ЧПБ печени под контролем ультразвуковой навигации. На основании эмпирических данных по согласованию с оперирующими врачами с целью обеспечения свободных манипуляций с оптоволоконным зондом в операционном поле оптимальной признана длина гибкой части > 1,8 м. Так как наружный диаметр рабочей части определяется внутренним диаметром иглы, через которую зонд вводится в исследуемые ткани, то для стандартных игл, используемых для ЧПБ печени типа Chiba 17,5 G по шкале Гейдж (наружный диаметр 1,3 мм, внутренний диаметр 1+0,025 мм), в которую вводится стилет диаметром 1 мм, для создания посадки с зазором диаметр рабочей части зонда

1-0,020

был выбран равным -0 045 мм.

Рисунок 5.2 - Сборочный чертеж тонкоигольного оптоволоконного зонда:

1 - рабочая часть; 2 - переходник; 3 - дополнительная защитная трубка,

2 шт.; 4 - защитная термоусадочная трубка; 5 - разветвитель оптических каналов; 6 - защитная ПВХ-трубка, 4 шт.; 7 - защитная насадка коннекторов

SMA 905, 4 шт.; 8 - оптический коннектор SMA 905 0,27 мм; 9 - оптический коннектор SMA 905 0,34 мм, 3 шт.; 10 - оптическое волокно иУ 200/220/290Л1; 11 - оптическое волокно иУ 100/110/150А1, 9 шт.

Длина жесткой рабочей части зонда выбрана исходя из того, что она должна быть длиннее, чем внешняя канюля иглы. Длина стандартных пункционных игл для ЧПБ печени составляет 200 мм, поэтому длина рабочей части оптоволоконного зонда определена как 250±25 мм. На основании экспертного мнения оперирующих врачей для обеспечения плотного контакта с биологическими тканями во время регистрации оптических сигналов было принято решение изготовить торец рабочей части со скосом 20,0°±2,5°, аналогичный скосу стандартных игл.

Оптические волокна, используемые для спектроскопии, состоят из сердцевины, легированной оболочки и защитной оболочки. Свет в волокнах передается по принципу полного внутреннего отражения. Половина угла (а) светового конуса, который может принять волокно, характеризуется числовой апертурой (МЛ), которая определяется разницей показателей преломления (п) сердцевины и материала оболочки:

МЛ = По^Шт = (П]2 - П22)1/2,

(5.1)

где п0 - показатель преломления окружающей среды;

0Ш - наибольший угол падения лучей, испытывающих полное внутреннее отражение;

п] - показатель преломления волокна сердцевины;

п2 - показатель преломления волокна оболочки.

Так как разрабатываемые оптоволоконные зонды предназначены для регистрации слабых сигналов флуоресценции, в том числе затухания, принципиальным является уменьшение фоновых помех, и использование в качестве материала сердцевины высококачественного плавленого кварца [400]. Поэтому для изготовления тонкоигольного оптоволоконного зонда было использовано многомодовое кварцевое волокно с металлическим покрытием из алюминия. Данный тип волокон характеризуется высокой температурной устойчивостью, возможностью плотной упаковки в жгутах, полного отсутствия влияния боковой засветки, высокой гибкостью и прочностью, термоустойчивостью и хорошей адаптацией к сложным и специальным условиям эксплуатации. Числовая апертура данного типа волокон составляет МЛ = 0,22±0,02.

Диаметр волокон выбирался исходя из того, что внутренний диаметр

металлической трубки рабочей части составляет 0,7 +0'0^0 мм. Данный диаметр

позволяет создать многоволоконный зонд и расположить оптические волокна по схеме (рисунок 5.3), при которой центральное волокно, предназначенное для сбора излучения от ткани, имеет больший диаметр по сравнению с волокнами вокруг него, через которые передается свет от источников излучения. При выборе волокон оптимальным признан вариант использования в качестве центрального приемного - волокно ИУ 200/220/290А1 (диаметр сердцевины 0,2±0,004 мм, диаметр оболочки 0,22±0,0044 мм, диаметр покрытия 0,29±0,0058 мм) и в качестве 9 приемных - волокно иУ 100/110/150А1 (диаметр сердцевины 0,1±0,002 мм, диаметр оболочки 0,1±0,0022 мм, диаметр покрытия 0,15±0,3 мм).

Рисунок 5.3 - Расположение оптических волокон в рабочей части

Для подключения оптоволоконного зонда к источникам и спектрометру используются стандартные коннекторы типа SMA-905 (если не требуется иное подключение к стандартным источникам излучения, имеющим регламентированные характеристики типа соединений), отличающиеся простой конструкцией, высокой надежностью и долговечностью благодаря жесткому соединению металлического корпуса коннектора с наконечником и оснащения фиксирующей гайкой.

Выбор материалов для рабочей части является одним из самых ответственных этапов разработки оптоволоконного зонда, так как эта часть непосредственно контактирует с пациентом. В целом, к металлам, используемым в медицине, предъявляются более высокие требования. Самым распространённым металлом для медицинских инструментов является нержавеющая сталь, марка которой определяется ГОСТ Р 50328.1-92 [494]. Ее широкое применение обусловлено свойствами материала, в первую очередь плотностью и твердостью. Изделия из медицинской стали соответствуют следующим требованиям: устойчивость к образованию царапин, в которых могла бы скапливаться грязь; устойчивость к воздействию щелочей и кислот; не деформируется при высоких температурах; изделия из стали надежны и долговечны; сталь максимальна стойка к коррозии.

Самая распространенная российская медицинская сталь - марка 18/10 или 12Х18Н10. При этом для конкретных видов медицинских изделий в

зависимости от их функциональности установлены определенные марки нержавеющей стали. Колющие инструменты, в частности трубчатые, можно изготавливать из хромоникелевой и хромоникельмолибденовой марок стали, обеспечивающих режущую способность и износостойкость. Иглы для шприцев производят из стали 12х18Н10Т [495]. В качестве материала рабочей части была использована нержавеющая сталь марки 12х18Н10Т.

Для остальных частей зонда требуется применение гибких защитных трубок. При этом требования по биосовместимости не являются такими же строгими, как для рабочей части. Однако, важным фактором является устойчивость к высоким температурам и агрессивному химическому воздействию при стерилизации. Данному требованию отвечают гибкие тонкостенные термоусадочные трубки из полиолефина, достигающие наружного диаметра 1,5±0,2 мм, которые позволяют также плотно удерживать волокна в нужном порядке. Для защиты разведенных каналов используются стандартные ПВХ-трубки диаметром 3,0±0,2 мм. Для различных каналов используются трубки разных цветов для повышения эргономичности.

Другим материалом, выбор которого имеет особое значение, является клей, с помощью которого оптические волокна закрепляются в рабочей части. Эпоксидные клеи применяются для соединения и защиты покрытий в различных приложениях. Их используют для склеивания оптических волокон и компонентов устройств. При выборе эпоксидного клея для сборки разрабатываемого тонкоигольного оптоволоконного зонда учитывались следующие факторы: спектральная передача излучения в используемом диапазоне длин волн; совместимость с биологическими тканями; устойчивость к воздействию кислот и щелочей, а также высокой температуре. При изготовлении зонда был выбран эпоксидный клей ЕРО-ТЕК МЕБ-301, сертифицированный для применения в медицинских целях. Данный клей обладает высоким коэффициентом пропускания (>98%) в диапазоне 3601660 нм. Также его преимуществом является то, что для полной

полимеризации не требуется нагревать клей на высоких температурах, он полностью затвердевает за 1 час при температуре +65°С.

На рисунке 5.4 приведено фото тестирования работы каналов при поочередном подключении источника белого света к 4 выходам (1 центральное приемное волокно и 3 канала освещения биологического объекта, по 3 волокна в каждом).

Рисунок 5.4 - Тестирование оптических каналов тонкоигольного оптоволоконного зонда, совместимого с иглами для пункционной биопсии

Chiba 17,5 G

По такому же принципу были спроектированы и изготовлены все зонды, перечисленные в таблицах 5.1 и 5.2. Фотографии лапароскопических зондов №1 и 3 приведены на рисунке 5.5, фотография зонда 2 была приведена в главе 4.1.1 (рисунок 4.1).

Зонд №1 Зонд №3

Рисунок 5.5 - Лапароскопические оптоволоконные зонды

На рисунке 5.6 приведены фотографии тонкоигольных оптоволоконных зондов № 3 и №4.

Зонд №3 Зонд №4

Рисунок 5.6 - Тонкоигольные оптоволоконные зонды

Фотография зонда №1 приведена выше на рисунке 3.2 пункта 3.1.1, зонда №2 - на рисунке 4.13 пункта 4.3.1.

5.3 Обработка и стерилизация оптоволоконных зондов различного

назначения

Обработку и стерилизацию разработанных оптоволоконных зондов необходимо проводить в соответствии со стандартами и методическими указаниями обработки и стерилизации эндоскопов, используемых при стерильных эндоскопических манипуляциях:

- СП 3.1.3263-15 Профилактика инфекционных заболеваний при эндоскопических вмешательствах от 08.06.2015;

- МУ 3.5.1937-04 Очистка, дезинфекция и стерилизация эндоскопов и инструментов к ним. Методические указания от 18.05.2010.

Стерильными считаются вмешательства, при которых инструменты для МИХВ вводятся через проколы, разрезы кожных и слизистых покровов в кровяное русло, полости или ткани организма, а также в стерильные в норме органы (матка, мочевой пузырь) через естественные пути [496].

Оптоволоконные зонды используются для стерильных эндоскопических вмешательств и непосредственно после использования подлежат последовательно:

- предварительной очистке;

- предстерилизационной очистке, совмещенной с дезинфекцией;

- стерилизации, не повреждающей оптическую схему зондов;

- хранению в условиях, исключающих вторичную контаминацию.

Все способы и средства стерилизации и дезинфекции должны быть разрешены к применению на территории Российской Федерации на момент проведения обработки. Все дезсредства необходимо готовить каждый раз свежими в строгом соответствии с протоколами, рекомендуемыми производителями.

Предварительную очистку оптоволоконных зондов осуществляют ручным способом методами протирания и промывания с использованием мягкой ветоши [497]. На данном этапе можно использовать воду или готовые моющие растворы, например средства для очистки изделий медицинского назначения «Сайникс Энзим», «Эверлюкс 63» и др.

Дезинфицирующие средства для предстерилизационной очистки выбираются, исходя из того, что оптоволоконные зонды содержат чувствительные к помутнениям оптические элементы, поэтому средства на основе хлора должны быть исключены. Могут быть использованы «Миродез орто», «Гигасепт Инстру АФ» и др. Отмывку зондов от дезсредств производят водой, сушку - воздухом или стерильным 70% спиртом.

Для стерилизации оптоволоконных зондов могут использоваться различные методы. Так как данные изделия относятся к категории термолабильных, то следует использовать только низкотемпературные (менее 60 °С) методы обработки:

- химическая стерилизация жидкими средствами;

- газовая низкотемпературная стерилизация оксидом этилена;

- стерилизация низкотемпературной плазмой пероксида водорода.

Химическая стерилизация оптоволоконных зондов может выполняться только дезсредствами с подтвержденной спороцидной активностью, например, «Альфадез окси», «ХОРТ стерил концентрат» и др. При химической стерилизации части оптоволоконных зондов для подключения к блокам воздействия и регистрации нельзя опускать в емкости с химическим средством, поэтому их необходимо защищать стерильными латексными чехлами, закрепленными стерильной клейкой лентой.

Низкотемпературная стерилизация оксидом этилена проводится в специальных камерах - газовых стерилизаторах, например <^еп-Уас» (США) в соответствии со строгими правилами эксплуатации для обеспечения безопасности медицинского персонала.

Стерилизация низкотемпературной плазмой пероксида водорода проводится в медицинских учреждениях, имеющих специальное оборудование для возможности её проведения, например низкотемпературный стерилизатор Пластер 100 (Мед ТеКо, Россия), система «Стеррад» (США).

Обеспечение стерильности после обработки с помощью стерильного чехла является важным этапом и требует наименьших усилий. Для газовой стерилизации используются двухслойные, герметично закрывающиеся пакеты. После химической стерилизации оптоволоконные зонды перекладывают в стерильные коробки, выложенные стерильной тканью.

Пакет со стерилизованными зондами должен быть обязательно маркирован с указанием способа, даты стерилизации и фамилии ответственного.

5.4 Программно-аппаратный комплекс флуоресцентно-отражательной спектроскопии для интраоперационной оптической диагностики во время проведения миниинвазивных хирургических вмешательств

На основании проведенных исследований и разработанных медико-

технических требований был предложен ПАК флуоресцентно-отражательной спектроскопии для интраоперационной ОД во время проведения МИХВ. Функциональная схема разработанного ПАК (Патент РФ № 2709830) приведена на рисунке 5.7 [498].

Рисунок 5.7 - Функциональная схема ПАК флуоресцентно-отражательной спектроскопии для интраоперационной ОД во время проведения МИХВ

Для возбуждения эндогенной флуоресценции биологических тканей используются два источника излучения - светодиод с длиной волны 365 нм (ООО НПП «ЛАЗМА») и лазерный диод с длиной волны 450 нм (ООО НПП «ЛАЗМА»). Выходная мощность используемых источников составляет не более 1,5 мВт и 3,5 мВт, соответственно, что обеспечивает соблюдение требований безопасности и уменьшает влияние эффекта фотообесцвечивания. Выбор данных длин волн в канале ФС обусловлен максимальным количеством возбуждаемых ими эндогенных флуорофоров, в том числе коферментов энергетического метаболизма НАДН и ФАД. В канале СДО ткань освещается полихроматическим излучением (360-2400 нм) галогенной лампы (HL-2000-FHSA, Ocean Insight, США). Для регистрации спектров флуоресценции и диффузного отражения используется малогабаритный ПЗС спектрометр,

рабочий диапазон длин волн - 350-1000 нм (FLAMET-VIS-NIR-ES, Ocean Optics, США). Передача и сбор оптического излучения осуществляется с помощью оптоволоконных зондов малого диаметра, позволяющего вводить его в стандартные медицинские иглы или дренажные системы. Свет от источников через тонкоигольный оптоволоконный зонд идет к биологическому объекту, отражается или переизлучается в форме флуоресценции, собирается оптическим волокном и поступает на спроектированный рефокусатор, который состоит из двух коллиматоров, между которыми помещены эмиссионные фильтры (ООО «НТЦ Волоконно-Оптических Устройств»). Эмиссионные светофильтры устанавливаются в оптический тракт измерительных каналов автоматически и предназначены для ослабления обратно отражённого излучения источников монохроматического светового излучения в канале ФС - FGL400 и FGL495 (Thorlabs, Inc., USA) с длинами волн среза 400 нм и 495 нм, соответственно. Связь пользователя с блоком управления осуществляется через специализированную разработанную программу, установленную на персональный компьютер. Программный модуль предназначен для управления мультимодальной установкой, позволяющей реализовать регистрацию данных методами спектроскопии диффузного отражения и флуоресцентной спектроскопии, с возможностью предварительной математической обработки и дальнейшего экспорта данных в формате .txt. [499]. Язык программирования: Python.

В зависимости от поставленных медицинских задач могут использоваться оптоволоконные зонды различных диаметров (глава 5.2).

Внешний вид рабочего макета ПАК и набор тонкоигольных оптоволоконных зондов показаны на рисунке 5.8а. Управление комплексом осуществляется при помощи графического интерфейса (рисунок 5.8б). Интерфейс включает в себя следующие элементы: индикаторы поочередной работы источников излучения, визуализацию спектров диффузного отражения и флуоресценции, возбужденной на длинах волн 365 и 450 нм, рассчитанное значение тканевой сатурации и амплитуд флуоресценции AF365 и AF450.

а) б)

Рисунок 5.8 - Вид рабочего макета ПАК флуоресцентно-отражательной спектроскопии для интраоперационной ОД во время проведения дренажных и пункционных МИХВ (а) и интерфейс управления (б)

В случае, когда комплекс используется для навигации кончика иглы при ЧПБ печени, на экран выводится значение вероятности отнесения биологической ткани к классам «паренхима печени» или «опухоль печени». При использовании комплекса в диагностике состояния печени у пациентов с МЖ на экран выводится вероятность отнесения пациента к классу «неблагоприятный прогноз послеоперационного течения заболевания».

Для регистрации спектров диффузного отражения предварительно проводится начальная калибровка. Спектры отражения вычисляются по следующей формуле:

= к (Л>-к а> (5.2)

КРТЕЕ (Л) - КЬ (Л)

где К(Л) - измеренный коэффициент диффузного отражения (КДО) биологической ткани;

ЯРТРЕ(Л) - измеренный КДО эталона диффузного отражения WS-1;

К (Л) - фоновый спектр, полученный при выключенном источнике света.

Данное нормирование позволяет исключить влияние на измерения спектральных зависимостей интенсивности излучения источника и чувствительности приемника.

Для контроля возможности регистрации комплексом изменений перфузионно-метаболических параметров в биологических тканях проведены экспериментальные измерения интенсивности флуоресценции основных эндогенных флуорофоров в разной концентрации. Измерения флуоресценции включали в себя регистрацию спектров в капле объемом 10 мкл вещества с заранее известными свойствами, приготовленного непосредственно перед измерениями и нанесенного на фольгу, не обладающую автофлуоресценцией.

Список исследуемых флуорофоров, протоколы приготовления рабочих растворов и их концентрации приведены в таблице 5.3.

Таблица 5.3 - Флуорофоры для тестирования комплекса

№ Флуорофор Приготовление Концентрации, мМ

1 2 3 4

1 НАДН [75,239,466,500- Приготовление раствора из сухого вещества (Sigma-Aldrich, США). 0,001 0,01

503] Растворитель - 10 мМ трис-HCl (рН 8,5). Стоковый раствор: 5 мМ. Растворы рабочих концентраций готовятся путем разбавления стокового растворителем до 99,5% необходимого объема. Непосредственно перед измерением в исследуемый раствор вносится свежеприготовленный 1 М раствор дитионита натрия (восстановителя) в количестве 0,5 % от необходимого объема. 0,05 0,1 1

2 ФАД [239,466,501,502 ,504] Приготовление раствора из сухого вещества (Sigma-Aldrich, США). Растворитель - фосфатно-солевой буфер (phosphate buffered saline, PBS). Стоковый раствор: 5 мМ. Растворы рабочих концентраций готовятся путем разбавления стокового растворителем до необходимого объема. 0,001 0,01 0,05 0,1 0,5 1

Продолжение таблицы 5.3

1 2 3 4

3 Протопорфирин Приготовление раствора из сухого вещества 0,001

IX (Sigma-Aldrich, США). 0,01

[187,466,501,502 Растворитель - диметилсульфоксид (ДМСО). 0,05

,505] Стоковый раствор: 5 мМ. Растворы рабочих 0,1

концентраций готовятся путем разбавления 0,3

стокового PB S до необходимого объема.

4 Билирубин Приготовление раствора из сухого вещества 0,01

[466,501,506,507 (Sisco Research Laboratories Pvt. Ltd., Индия). 0,05

] Растворитель - ДМСО. Стоковый раствор: 15 0,1

мМ. Рабочие растворы с заданной 0,5

концентрацией билирубина готовятся путем 1

внесения стокового раствора в раствор бычьего

сывороточного альбумина (БСА) с

концентрацией 100 мкМ.

Концентрации были подобраны, исходя из соответствия содержанию в биологических тканях и ранее проводимых калибровок других устройств регистрации флуоресценции [504,508].

Результаты измерения спектров флуоресценции для длины волны возбуждения 365 нм с помощью канала ФС ПАК приведены на рисунке 5.9. Для флуоресценции НАДН был замечен резкий подъем при росте концентрации до 1 мМ, в случае ФАД отмечалось более постепенное повышение интенсивности сигнала и выход на плато для концентраций от 0,5 мМ и выше. Аналогичная динамика наблюдалась для спектров флуоресценции протопорфирина IX. При измерении флуоресценции билирубина наблюдалась динамика увеличения сигнала, но на самой высокой концентрации было отмечено значительное снижение до уровня ниже, чем для раствора с концентрацией 0,01 мМ. Такое изменение может быть обусловлено тем, что при более высокой концентрации начинает преобладать поглощение излучения в диапазоне 350-500 нм, что приводит к снижению сигнала флуоресценции.

а)

б)

в) г)

Рисунок 5.9 - Зависимость максимальной интенсивности флуоресценции от концентрации раствора НАДН (а), ФАД (б), протопорфирина IX (в), билирубина (г) при возбуждении на длине волны 365 нм

Результаты измерения спектров флуоресценции для длины волны возбуждения 450 нм с помощью канала ФС ПАК флуоресцентно-отражательной спектроскопии приведены на рисунке 5.10. Аналогично спектрам для источника излучения 365 нм наблюдалось повышение интенсивности флуоресценции ФАД до определенного уровня. Спектры флуоресценции растворов билирубина демонстрируют более высокие значения флуоресценции, что ожидаемо для возбуждения на длине волны 450 нм, а также аналогичную динамику на более высоких концентрациях.

а) б)

Рисунок 5.10 - Зависимость максимальной интенсивности флуоресценции от концентрации раствора ФАД (а) и билирубина (б) при возбуждении на длине

волны 450 нм

Таким образом показано, что ПАК является чувствительной системой к изменению концентрации флуорофоров. В области, соответствующих наиболее вероятным биологическим концентрациям НАДН 0,001-0,9 мМ [508,509], ФАД 0,001-0,8 мМ [510,511], протопорфирин 0,001-0,015 мМ, билирубин 0,01-0,4 мМ [512] (на рисунках 5.9-5.10 отмечены серым), изменения являются однозначными. При концентрациях билирубина 0,3 мМ наблюдается эффект гашения концентрации (concentration quenching). Если концентрации достаточно высоки, интенсивность флуоресценции будет снижаться из-за эффекта внутреннего фильтра. Этот эффект обусловлен поглощением возбуждающего света самим образцом [513].

Апробация ПАК в преклинических и клинических условиях для применения в пункционной и дренирующей МИХ описана в главах 3.1, 4.2 и 4.3. Подготовлена эксплуатационная документация ПАК, состоящая из паспорта, руководства оператора и руководства программиста.

5.5 Программно-аппаратный комплекс флуоресцентной спектроскопии с временным разрешением для интраоперационной оптической диагностики во время проведения миниинвазивных хирургических

вмешательств

Далее с учетом проведенных исследований и разработанных медико-технических требований была предложена функциональная схема ПАК ФС с временным разрешением для интраоперационной ОД тканевого метаболизма во время проведения МИХВ (рисунок 5.11).

Рисунок 5.11 - Функциональная схема ПАК ФС с временным разрешением для интраоперационной ОД тканевого метаболизма

Для регистрации параметров интенсивности и времени жизни флуоресценции комплекс реализует метод время-коррелированного счета одиночных фотонов и построен на базе платы счета фотонов SPC-130-EMN (Becker&Hickl, Германия). Для возбуждения флуоресценции используется лазерный источник BDS-SM-375-FBC-101 (Becker & Hickl, GmbH, Германия), с пиком излучения на длине волны 375 нм и частотой повторения импульсов 80 МГц, подключенный через коллиматор RC04SMA-F01 (Thorlabs, Inc.,

США) к монохроматору MonoScan2000 (Ocean Optics, Inc., США). В качестве детектора используется гибридный фотодетектор HPM-100-40-CMOUNT (Becker&Hickl, Германия) со спектральным диапазоном чувствительности 250-720 нм и квантовой эффективностью в 40 % (для 450 нм). Для выделения участка спектра флуоресценции применяется полосовой светофильтр MF445 (Thorlabs, Inc., США), обеспечивающий детектирование флуоресценции в диапазоне 445±45 нм. Связь пользователя с блоком управления осуществляется через специализированную разработанную программу, установленную на ПК.

Поскольку в экспериментальной установке используется УФ-лазер с длиной волны 375 нм, есть высокая вероятность того, что он вызовет возбуждение флуоресценции коферментов НАДH и ФАД. Чтобы убедиться, что использование фильтра MF445 с полосой пропускания 445±45 нм эффективно блокирует эмиссию кофермента ФАД, были записаны кривые затухания флуоресценции свежих растворов НАДH и ФАД (Sigma-Aldrich, США) с концентрациями, соответствующими их возможным значениям в живой клетке (150 мкМ).

На рисунке 5.12 показаны характерные кривые затухания флуоресценции, измеренные на контрольных растворах НАДH и ФАД с использованием обоих фильтров при мощности излучения УФ-лазера на торце тонкоигольного зонда 70 мВт. Полученные данные показывают, что сигнал, записанный с раствора ФАД при использовании фильтра MF445, имел слабую интенсивность с высоким уровнем фонового шума и был почти в 20 раз ниже сигнала от НАДН. Измерения НАДН, обработанные с помощью модели одноэкспоненциальной подгонки, также позволили оценить соответствующее время жизни tNaDh = 420 пс, что соответствует литературным данным [514].

ООО 200 400 ООО 800 10 00 12 00 ООО 200 4 00 вГО 800 10 00 12 00

а) б)

Рисунок 5.12 - Результат калибровочных измерений, показывающих одноэкспоненциальное затухание флуоресценции калибровочных свежеприготовленных растворов НАДН (а) и ФАД (б)

Таким образом, проведенные предварительные тесты и калибровка позволили сделать предположение, что при использовании для сбора данных фильтра МР445 в основном регистрируются метаболические изменения содержания НАДН.

Дополнительно были проведены измерения, в результате которых показано, что изменение концентрации кофермента НАДН влияет на интенсивность флуоресценции (рисунок 5.13 а), но в области физиологических концентраций практически не влияет на параметр времени жизни (рисунок 5.13б), который как известно, зависит от связывания кофактора с белками.

а) б)

Рисунок 5.13 - Влияние концентрации НАДН на параметры интенсивности и

времени жизни кофермента

В зависимости от поставленных медицинских задач ПАК может комплектоваться оптоволоконными зондами различных диаметров и назначения (глава 5.2). Внешний вид рабочего макета ПАК и его расположение в операционной приведены на рисунке 3.13 главы 3.2.2. Управление комплексом осуществляется с помощью специального ПО SPCImage NG Data Analysis Software (Becker & Hickl, Германия), позволяющего регистрировать и вычислять параметры времени жизни флуоресценции (рисунок 5.14).

к 00 pt М CoMponartft Г2~^ М«*ю4 w«0**<s IM« S«hni

•4*1 Г55

»M Г*5г ¿j Г" F.

«W Г41

'»«1 [Ü44 Г F.

•am Го

'»•1 (Ö з! Г F.

н sw fir -Jj ГГ.

Sc*» (ö ¿J » F.

11220 Г F.

•1 -00 Ов 44 -02

е| jsl в| " wutNoMOmn □

II I4M31 1МЧ 14» Л ц«ид UMH

.»«xt'HI«».........

.....Hl«....................

ксе

ООО 100 2 00 3 00

О—II |Ch—Щ

Рисунок 5.14 - Программное обеспечение (Becker & Hickl, GmbH, Германия) управления ПАК для интраоперационной ОД тканевого метаболизма

Дополнительно разработан программный модуль для классификации опухолей во время проведения ЧПБ печени [515]. Программа проводит последовательную обработку данных с помощью МО. На экран оператора последовательно выводятся данные для навигации кончика иглы при ЧПБ печени - значение вероятности отнесения биологической ткани к классам «паренхима печени» или «опухоль печени», затем значение вероятности отнесения опухоли к одному из трех классов: первичный рак печени (ГЦК), доброкачественная опухоль, метастазы. Для согласования стандартной

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.

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

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

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

Для статистической обработки была выбрана область 40х40 пикселей (около 0,5 мм2) 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.

0,060-

а

0,055-

о: 0,050-ф

Ё 0,045

—I-1-1-1-1-1-1-1-1—

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

скорость движения жидкости по капилляру, мм/с

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,

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).

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].

Рисунок 5.21 - Спектры отражения от эталона диффузного отражения, зарегистрированные с помощью тонкоигольного зонда в видимом (а) и

ближнем ИК (б) диапазонах

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.

О --

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 интраоперационную технологию, предоставляющую оперирующему хирургу 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

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

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.

4. В соответствии с предложенными принципами построения был спроектирован ПАК флуоресцентно-отражательной спектроскопии для интраоперационной ОД во время проведения МИХВ. Выбраны электронные и оптические блоки системы, разработано программное обеспечение. Показано, что комплекс позволяет регистрировать изменения в концентрации эндогенных флуорофоров. Комплекс успешно апробирован при создании метода дифференциации новообразований и паренхимы печени (с оптоволоконным зондом диаметром 1 мм), алгоритма прогноза течения заболевания после антеградной билиарной декомпрессии (с оптоволоконным зондом диаметром 1 мм) у пациентов с синдромом МЖ, а также алгоритма определения метаболического статуса новообразований молочной железы (с тонкоигольным оптоволоконным зондом диаметром 0,7 мм).

5. Спроектирован ПАК ФС с временным разрешением для интраоперационной ОД во время проведения МИХВ. Выбраны электронные и оптические блоки системы, разработано программное обеспечение. Показано, что комплекс регистрирует метаболические изменения содержания кофактора НАДН, при этом изменение концентрации НАДН влияет на интенсивность флуоресценции, но в области физиологических концентраций практически не влияет на параметр времени жизни. Комплекс успешно апробирован при создании метода классификации новообразований печени (с оптоволоконным зондом диаметром 1 мм).

6. Также в соответствии с описанными принципами создан ПАК для интраоперационной ЛСКВ микроциркуляторных нарушений органов во время проведения лапароскопических операций. Комплекс позволяет регистрировать и обрабатывать оптические сигналы, полученные через стандартные лапароскопы при освещении биологического объекта через специально разработанное оптическое волокно с Y-образным разветвлением. При проектировании ПАК были подобраны оптимальные электронные и оптические блоки, разработано программное обеспечение. Показано, что предложенная схема устройства обеспечивает качественную и наглядную

индикацию изменения потока интралипида в капилляре при моделировании в нем различных скоростей потока, выбранных в пределах диапазона изменения скоростей в сосудах микроциркуляторного русла. Комплекс успешно апробирован на этапе преклинических исследований при создании алгоритма регистрации перфузионных нарушений поджелудочной железы при лапароскопических МИХВ.

7. Возможности разработанных в диссертации технологий можно расширить путем использования предложенных ПАК для решения других клинических задач, в том числе в области урологической и гинекологической МИХ. Также перспективным является направление создания новых оптоволоконных зондов с расширением спектральной чувствительности приборов.

В целом с помощью разработанных методов и ПАК найдены новые пути решения важных практических задач МИХ, таких как: определение перфузионно-метаболических параметров тканей и органов; дифференциация здоровых и патологических тканей, а также классификация новообразований. В ходе выполнения диссертационной работы запатентован ряд новых устройств и методов диагностики различной хирургической патологии [473,499,515,520], под руководством соискателя подготовлена к защите 1 кандидатская диссертация (по специальности 2.2.12. Приборы, системы и изделия медицинского назначения).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе в рамках решения поставленной научно-технической проблемы повышения эффективности и качества МИХВ за счёт научного обоснования и разработки основ применения оптических методов в интраоперационной диагностике, а также методов, алгоритмов и средств определения перфузионно-метаболических параметров биотканей для ряда областей МИХ в режиме реального времени, получены следующие основные результаты:

1. Выполнен анализ современных проблем, методов и технических средств интраоперационной диагностики состояния биологических тканей организма, выявлены их ограничения, недостатки и пути совершенствования, обеспечивающие приемлемую эффективность и качество МИХВ.

2. Разработан 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, позволяющий повысить эффективность и информативность диагностики за счёт повышения точностных показателей и улучшения значений прогностических параметров, превышающих их текущий уровень в клинической практике, а также позволяющий с повышенной точностью диагностировать нарушение различных функций органов, дифференцировать условно здоровые и патологические ткани и их различные патологические состояния.

3. Проведены клинические исследования с привлечением более 150 пациентов БУЗ Орловской области «Орловская областная клиническая больница» (г. Орел), ФГБНУ «НИИ акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д. О. Отта» (г. Санкт-Петербург) и ОГБУЗ Клиническая больница №1 (г. Смоленск).

4. Разработаны методы интраоперационной ОД в пункционной МИХ:

- метод дифференциации новообразований и паренхимы печени,

построенный на основе регистрации спектров флуоресценции и диффузного отражения через тонкоигольный зонд с последующим анализом на основе метода МО, позволяющий дифференцировать ткани печени на два класса -опухоли и условно здоровая паренхима с чувствительностью и специфичностью 0,9 и 0,95, соответственно; данный метод позволяет снизить количество ложноотрицательных диагностических заключений при проведении ЧПБ печени, на текущий момент достигающих значения 0,25;

- метод классификации новообразований печени, построенный на основе регистрации сигналов затухания флуоресценции методом ФС с временным разрешением через тонкоигольный зонд с последующим анализом на основе метода МО, позволяющий двухэтапно дифференцировать ткани печени на два класса: опухоли и условно здоровая паренхима с чувствительностью и специфичностью 0,94 и 0,81, соответственно, а затем классифицировать новообразования печени с разделением на три класса -доброкачественные и злокачественные опухоли, а также метастазы с чувствительностью и специфичностью более 0,84 и 0,88, соответственно; данный метод позволяет не только снизить количество ложноотрицательных диагностических заключений при проведении ЧПБ печени, но и улучшить диагностические показатели получения предварительного заключения о типе новообразований по сравнению с интроскопическими методами исследования, чувствительность которых сильно зависит от размера опухоли и состояния печени и варьируется от 48 до 92 %.

5. Разработаны алгоритмы интраоперационной ОД во время проведения дренирующих, лапароскопических и пункционных МИХВ:

- алгоритм оценки влияния миом на перфузию эндометрия, построенный на основе регистрации и дальнейшего анализа сигналов ЛДФ и ФС во время проведения диагностической гистероскопии, позволяющий оценить влияние миом на перфузию эндометрия и уточнить показания для миомэктомии при различной локализации узлов;

- прогнозирования послеоперационного течения заболевания у

пациентов с синдромом МЖ на фоне МИХВ, построенный на основе регистрации спектров флуоресценции интраоперационно при установке дренажных систем, а также на регистрации спектров комбинационного рассеяния желчи, полученной по дренажному каналу, их дальнейшем анализе, позволяющий определять индивидуальную тактику лечения пациентов с синдромом МЖ после дренирующих МИХВ;

- алгоритм определения метаболического статуса новообразований молочной железы, построенный на регистрации спектров диффузного отражения интраоперационно во время проведения ТАБ молочных желез, позволяющий определять метаболический статус новообразований молочной железы с целью выбора терапевтической стратегии;

- алгоритм интраоперационной оценки микроциркуляции крови в тканях поджелудочной железы, построенный на регистрации изображений ЛСКВ во время проведения лапароскопических операций, позволяющий выявлять области с недостаточным кровоснабжением и планировать ход МИХВ.

Предложенные алгоритмы впервые решают задачи диагностики функционального состояния биологических тканей интраоперационно и в режиме реального времени.

6. Предложены принципы построения ПАК и разработаны их технические реализации для интраоперационной ОД, а также разработаны конструкции измерительных оптоволоконных зондов различной длины, диаметра, конфигурации волокон, позволяющие обеспечить получение диагностической информации непосредственно от биотканей во время проведения различных типов МИХВ без дополнительных разрезов в условиях плановых оперативных вмешательств за счет оптимального выбора схемотехнических решений.

7. Разработаны новые подходы для калибровки каналов ФС и ЛСКВ устройств для интраоперационной оценки функционального состояния биологических тканей, а также сформулированы принципы обеспечения безопасности использования технических средств для интраоперационной ОД

(дезинфекция и стерилизация оптических зондов).

8. Сформулированы рекомендации по инструментальному развитию метода интраоперационной ОД функционального состояния биотканей и новым клиническим перспективам его применения.

Рекомендации. Результаты диссертационного исследования могут быть масштабированы в другие области МИХ (например, в урологию) и, в случае набора больших данных, могут быть использованы при построении систем поддержки принятия врачебных решений (СППВР) с дальнейшим прохождением процедуры государственной регистрации.

Перспективы дальнейшей разработки темы. Подходы МО и искусственного интеллекта становятся 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. Предложенные технологии требуют более обширных рандомизированных и многоцентровых исследований для получения данных о клинических результатах, которые приведут к одобрению регулирующих органов и клиническому внедрению. Данные трансляционные усилия могут быть ускорены при разработке надежных, интуитивно понятных врачам и воспроизводимых методов диагностики, в том числе с помощью масштабирования предложенных в диссертации методов и алгоритмов путем внедрения в различные клинические учреждения РФ.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

АТФ - аденозинтрифосфат;

АФК - активные формы кислорода;

ГЦК - гепатоцеллюлярная карцинома;

ДО - доброкачественная опухоль;

КТ - компьютерная томография;

ЛДА - линейный дискриминантный анализ;

ЛДФ - лазерная допплеровская флоуметрия;

ЛСКВ - лазерная спекл-контрастная визуализация;

МБП - медико-биологический параметр

МЖ - механическая желтуха;

МИХ - миниинвазивная хирургия;

МИХВ - миниинвазивные хирургические вмешательства;

МО - машинное обучение;

МРТ - магнитно-резонансная томография;

МТС - метастазы;

МцТС - микроциркуляторно-тканевая система; МТТ - медико-технические требования; МЦК - микроциркуляция крови;

НАД+ - окисленная форма никотинадениндинуклеотида;

НАДН - восстановленная форма никотинадениндинуклеотида;

НАДФН - восстановленная форма никотинамидадениндинуклеотидфосфата;

НАД(Ф)Н - восстановленные формы никотинадениндинуклеотида и никотинамидадениндинуклеотидфосфата;

ОД - оптическая диагностика;

ПАК - программно-аппаратный комплекс;

ПК - персональный компьютер;

ПН - печеночная недостаточность;

ПФП - пентозофосфатный путь;

РМЖ - рак молочной железы;

РТВ - рентгенотелевидение;

СДО - спектроскопия диффузного отражения;

СКР - спектроскопия комбинационного рассеяния;

ТАБ - тонкоигольная аспирационная биопсия;

ТПИ - теория переноса излучения;

УЗИ - ультразвуковое исследование;

ФА - фиброаденома;

ФАД - окисленная форма флавинадениндинуклеотида; ФАДН2 - восстановленная форма флавинадениндинуклеотида; ФС - флуоресцентная спектроскопия; ЧПБ - чрескожная пункционная биопсия; ЭТЦ - электрон-транспортная цепь;

AUC - площадь под кривой ошибок (площадь под ROC-кривой);

OXPHOS - окислительное фосфорилирование;

SVM (Support Vector Machine) - метод опорных векторов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Иванов, Ю.В. Возможности минимально инвазивных рентгено-хирургических методов в абдоминальной хирургии [Текст] / Ю.В. Иванов, Д.П. Лебедев, А.В. Алехнович // Клиническая практика. - 2014. - Т. 10. - № 3.

- С. 35-42.

2. Antoniou, S.A. Past, present, and future of minimally invasive abdominal surgery [Text] / S.A. Antoniou, G.A. Antoniou, A.I. Antoniou, F.A. Granderath // JSLS: Journal of the Society of Laparoendoscopic Surgeons. - 2015.

- Vol. 19. - № 3. - P. e2015.00052.

3. Sahakyan, M.A. Minimally invasive pancreatic surgery - where are we going? [Text] / M.A. Sahakyan, K.J. Labori, F. Primavesi, K. S0reide, S. Stattner, B. Edwin // European Surgery. - 2019. - Vol. 51. - P. 98-104.

4. Федоров, И.В. Эндоскопическая хирургия [Текст] / И.В. Федоров , Е.И. Сигал, Л.Е. Славин - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009. - 544 с. - ISBN 978-59704-1114-8.

5. Schlich, T. Patient choice and the history of minimally invasive surgery [Text] / T. Schlich, C.L. Tang // The Lancet. - 2016. - Vol. 388. - № 10052. - P. 1369-1370.

6. Ковалевский, А.Д. Чресфистульная холангиоскопия: уточняющая диагностика и антеградное удаление резидуальных камней из желчных протоков [Текст] / А.Д. Ковалевский, М.И. Прудков // Анналы хирургической гепатологии. - 2022. - Т. 27. - № 3. - С. 74-80.

7. Борсуков А.В. Малоинвазивные вмешательства под ультразвуковым контролем при заболеваниях желчного пузыря и поджелудочной железы. Медпрактика-М, 2007.

8. Борсуков, А.В. Малоинвазивные вмешательства под ультразвуковым контролем при заболеваниях желчного пузыря и поджелудочной железы [Текст]: практ. рук. для последиплом. проф. подгот. врачей / А.В. Борсуков, А.В. Мамошин; под общ. ред. В.Г. Плешкова. - М.: Медпрактика-М, 2007. - 126 с. - ISBN 978-5-98803-067-6.

9. Кармазановский, Г.Г. Лучевая диагностика и терапия в гастроэнтерологии [Текст] / Г.Г. Кармазановский, С.С. Багненко, Н.В. Агурина. - Москва: ГЭОТАР-Медиа, 2014. - 920 с. - ISBN: 978-5-9704-30538.

10. Иванов, Ю.В. Перкутанные миниинвазивные вмешательства при деструктивном панкреатите [Текст]: монография / Ю.В. Иванов, А.В. Борсуков, А.В. Мамошин, Д.Н. Панченков, А.Л. Альянов, Т.Г. Морозова. -Орел: ОГУ имени И. С. Тургенева, 2018. - 127 с.

11. Панченков, Д.Н. Минимально инвазивные технологии в комплексном лечении острого панкреатита [Текст]: учебное пособие для врачей / Д.Н. Панченков, Ю.В. Иванов, А.В. Борсуков, А.В. Мамошин, А.В. Алехнович, В.И. Шаробаро. - М.: Редпринт, 2014. - 92 с.

12. Праздников, Э.Н. Возможности антеградного доступа в лечении холангиолитиаза, осложненного синдромом механической желтухи [Текст] / Э.Н. Праздников, Г.А. Баранов, Д.Р. Зинатулин, Р.Х. Умяров, В.П. Шевченко, Н.М. Николаев // Хирургия. Журнал им. НИ Пирогова. - 2018. - № 1. - С. 2125.

13. Охотников, О.И. Антеградные рентгенхирургические вмешательства после безуспешного эндоскопического пособия при холедохолитиазе [Текст] / О.И. Охотников, М.В. Яковлева, С.Н. Григорьев, В.И. Пахомов, Н.И. Шевченко, О.О. Охотников // Анналы хирургической гепатологии. - 2019. - Т. 24. - № 2. - С. 48-59.

14. Patel, N. Interventional radiology-operated cholecystoscopy for the management of symptomatic cholelithiasis: approach, technical success, safety, and clinical outcomes [Text] / N. Patel, J.F.B. Chick, J.J. Gemmete, J.C. Castle, N. Dasika, W.E. Saad, R.N. Srinivasa // American Journal of Roentgenology. - 2018. - Vol. 210. - № 5. - P. 1164-1171.

15. Muneer, A. Natural orifice transluminal endoscopic surgery: a new dimension in minimally invasive surgery [Text] / A. Muneer, C. Blick, D. Sharma,

M. Arya, P. Grange // Expert Review of Gastroenterology & Hepatology. - 2008. -Vol. 2. - № 2. - P. 155-157.

16. Савельев, В.С. Клиническая хирургия [Текст] / Под ред. В.С. Савельева, А.И. Кириенко. - Москва: ГЭОТАР-Медиа, 2013. - 832 с. - ISBN 978-5-9704-2572-5.

17. Zhang, M. Is natural orifice specimen extraction surgery the future direction of minimally invasive colorectal surgery? [Text] / M. Zhang, Z. Liu, X. Wang // Surgery Open Science. - 2022. - Vol. 10. - P. 106-110.

18. Мурзин, А.В. Эндоскопические операции NOTES как дальнейшая эволюция лапароскопической хирургии в гинекологии [Текст] / А.В. Мурзин, О.А. Мелкозерова // Лечение и профилактика. - 2020. - Т. 10. - № 3. - С. 6266.

19. Ветшев, П.С. Миниинвазивные чрескожные технологии: становление, состояние, перспективы [Текст] / П.С. Ветшев, С.В. Бруслик, Г.Х. Мусаев // Вестник Национального медико-хирургического центра им. НИ Пирогова. - 2015. - Т. 10. - № 1. - С. 32-34.

20. Freeman, M.L. Interventions for necrotizing pancreatitis: summary of a multidisciplinary consensus conference [Text] / M.L. Freeman, J. Werner, H.C. Van Santvoort, T.H. Baron, M.G. Besselink, J.A. Windsor, K.D. Horvath, T.L. Bollen, S.S. Vege // Pancreas. - 2012. - Vol. 41. - № 8. - P. 1176-1194.

21. Bennett, S. The role of imaging-guided percutaneous procedures in the multidisciplinary approach to treatment of pancreatic fluid collections [Text] / S. Bennett, J.M. Lorenz // Seminars in interventional radiology. - 2012. - Vol. 29. -№ 4. - P. 314-318.

22. Петкау, В.В. Биопсия образований печени в клинической практике [Текст] / В.В. Петкау, А.А. Тарханов, К.Н. Томенко, Р.Т. Шахбазян, С.А. Дружин // Уральский медицинский журнал. - 2020. - Т. 2. - № 185. - С. 51-54.

23. Кулезнева, Ю.М. Чрескожные вмешательства в абдоминальной хирургии [Текст] / Ю.В. Кулезнева, Р.Е. Израилов, Г.Х. Мусаев, М.С.

Кириллова, О.В. Мороз, О.В.Мелехина, под ред. Ю.В. Кулезневой. - Москва: ГЭОТАР-Медиа, 2016. - 192 с. - ISBN 978-5-9704-3684-4.

24. Demetris, A.J. Pathologist's perspective on liver needle biopsy size? [Text] / A.J. Demetris, K. Ruppert // Journal of hepatology. - 2003. - Vol. 39. - № 2. - P. 275-277.

25. Волченко, Н.Н. Тонкоигольная биопсия и трепанобиопсия при раке молочной железы [Текст] / Н.Н. Волченко, Е.Н. Славнова, А.А. Тугулукова // Онкология. Журнал им. П. А. Герцена. - 2014. - Т. 2. - № 5. - С. 11-15.

26. Röcken, C. Large-needle biopsy versus thin-needle biopsy in diagnostic pathology of liver diseases [Text] / C. Röcken, H. Meier, S. Klauck, S. Wolff, P. Malfertheiner, A. Roessner // Liver. - 2001. - Vol. 21. - № 6. - P. 391-397.

27. Lukasiewicz, E. Fine-needle versus core-needle biopsy-which one to choose in preoperative assessment of focal lesions in the breasts? Literature review [Text] / E. Lukasiewicz, A. Ziemiecka, W. Jakubowski, J. Vojinovic, M. Bogucevska, K. Dobruch-Sobczak // Journal of ultrasonography. - 2017. - Vol. 17.

- № 71. - P. 267-274.

28. Redvanly, R.D. Computed Tomography-Guided Percutaneous Biopsy of Malignant Hepatic Lesions [Text] / R.D. Redvanly. - Liver Malignancies: Diagnostic and Interventional Radiology. - Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 1999. - P. 499-509.

29. Kumar, M. PWE-120 Liver Biopsy Using 16 G Needle: A Comparative Study [Text] / M. Kumar, A. Andi, S. Lucas, M. Wilkinson, I. Ahmad, T. Sabharwal, T. Wong // Gut. - 2013. - Vol. 62. - Suppl. 1. - P. A179-A180.

30. Verma, P. Fine-needle aspiration cytology versus core-needle biopsy for breast lesions: a dilemma of superiority between the two [Text] / P. Verma, R. Sharma, N. Sharma, A. Gulati, A. Parashar, A. Kaundal // Acta Cytologica. - 2021.

- Vol. 65. - № 5. - P. 411-416.

31. Park, S. Fine-needle aspiration cytology as the first pathological diagnostic modality in breast lesions: A comparison with core needle biopsy [Text]

/ S. Park, D. Lee, S. Jin, D. Kim, Y. Jeen, I. Choi // Basic and Applied Pathology. -2010. - Vol. 3. - № 1. - P. 1-6.

32. Gomez-Macías, G.S. Inadequate fine needle aspiration biopsy samples: pathologists versus other specialists [Text] / G.S. Gomez-Macías, R. Garza-Guajardo, J. Segura-Luna, O. Barboza-Quintana // CytoJournal. - 2009. - Vol. 6. -№ 9.

33. Tublin, M.E. Prospective study of the impact of liver biopsy core size on specimen adequacy and procedural complications [Text] / M.E. Tublin, R. Blair, J. Martin, S. Malik, K. Ruppert, A. Demetris // American Journal of Roentgenology.

- 2018. - Vol. 210. - № 1. - P. 183-188.

34. Мамошин А.В. Совершенствование алгоритма дифференциальной диагностики и лечения очаговых поражений при деструктивном панкреатите с использованием миниинвазивных технологий [Текст]: дис. .. .д-ра мед. наук: 14.01.17. - Москва, 2019. - 376 с.

35. Степанова, Ю.А. Минимально инвазивные вмешательства на органах брюшной полости и забрюшинного пространства под контролем ультразвука: Учебное пособие [Текст] / Ю.А. Степанова, О.И. Жаворонкова. -М.: 11-1 формат, 2020. - 170 с.

36. Denning, D.A. Preoperative percutaneous transhepatic biliary decompression lowers operative morbidity in patients with obstructive jaundice [Text] / D.A. Denning, E.C. Ellison, L.C. Carey // The American Journal of Surgery.

- 1981. - Vol. 141. - № 1. - P. 61-65.

37. Moole, H. Efficacy of preoperative biliary drainage in malignant obstructive jaundice: a meta-analysis and systematic review [Text] / H. Moole, M. Bechtold, S.R. Puli // World journal of surgical oncology. - 2016. - Vol. 14. - P. 111.

38. Xiang, J.X. Impact of preoperative jaundice and biliary drainage on short-and long-term outcomes among patients with gallbladder cancer [Text] / J.X. Xiang, S.K. Maithel, S.M. Weber, G. Poultsides, C. Wolfgang, L. Jin, R.C. Fields,

M. Weiss, C. Scoggins, K. Idrees // Journal of Gastrointestinal Surgery. - 2023. -Vol. 27. - № 1. - P. 105-113.

39. Gao, Z. The impact of preoperative biliary drainage on postoperative outcomes in patients with malignant obstructive jaundice: a retrospective analysis of 290 consecutive cases at a single medical center [Text] / Z. Gao, J. Wang, S. Shen, X. Bo, T. Suo, X. Ni, H. Liu, L. Huang, H. Liu // World Journal of Surgical Oncology. - 2022. - Vol. 20. - № 1. - P. 1-9.

40. Mezhir, J.J. A matched case-control study of preoperative biliary drainage in patients with pancreatic adenocarcinoma: routine drainage is not justified [Text] / J.J. Mezhir, M.F. Brennan, R.E. Baser, M.I. D'Angelica, Y. Fong, R.P. DeMatteo, W.R. Jarnagin, P.J. Allen // Journal of Gastrointestinal Surgery. -2009. - Vol. 13. - № 12. - P. 2163-2169.

41. Arkadopoulos, N. Preoperative biliary drainage of severely jaundiced patients increases morbidity of pancreaticoduodenectomy: results of a case-control study [Text] / N. Arkadopoulos, M.A. Kyriazi, I.S. Papanikolaou, P. Vasiliou, K. Theodoraki, C. Lappas, N. Oikonomopoulos, V. Smyrniotis // World Journal of Surgery. - 2014. - Vol. 38. - № 11. - P. 2967-2972.

42. El Nakeeb, A. Value of preoperative biliary drainage on postoperative outcome after pancreaticoduodenectomy: A case-control study [Text] / A. El Nakeeb, A. Salem, Y. Mahdy, M. El Dosoky, R. Said, M. Abd Ellatif, H. Ezzat, A.M. Elsabbagh, H. Hamed, T. Abd Alah // Asian journal of surgery. - 2018. - Vol. 41. - № 2. - P. 155-162.

43. Basunbul, L.I. Recent technical developments in the field of laparoscopic surgery: a literature review [Text] / L.I. Basunbul, L.S.S. Alhazmi, S.A. Almughamisi, N.M. Aljuaid, H. Rizk, R. Moshref // Cureus. - 2022. - Vol. 14. - № 2. - P. e22246.

44. Kucklick, T.R. Introduction to Needles and Cannulae [Text] / T.R. Kucklick // The Medical Device R&D Handbook. - 2006. - P. 89-112.

45. Петрик, С.В. Чрескожная пункционная биопсия опухолей различных локализаций под ультразвуковым контролем: учебное пособие для

обучающихся в системе высшего и дополнительного профессионального образования [Текст] / С.В. Петрик, А.В. Васильев, под ред. М.В. Рогачева. -СПб.: НМИЦ онкологии им. Н.Н. Петрова, 2018. - 42 с. - ISBN 978-5-60412521-2.

46. Гаврилин А.В. Чрескожные лечебно-диагностические вмешательства под контролем ультразвукового исследования при хирургических заболеваниях органов гепатопанкреатобилиарной зоны [Текст]: дис. ...д-ра мед. наук: 14.00.27. - Москва, 1999. - 443 с.

47. Иванов, В.А. Пункционные малоинвазивные вмешательства под контролем ультразвуковой томографии: Учеб. пособие [Текст] / В.А. Иванов.

- М.: РУДН, 2008. - 130 с.

48. Баранов, Е.В. Общие вопросы видеолапароскопических операций в хирургии: учеб.-метод. пособие [Текст] / Е.В. Баранов, С.И. Третьяк, А.А. Глинник. - Минск: БГМУ, 2009. - 55 с.

49. Robertson, D. Characterisation of trocar associated gas leaks during laparoscopic surgery [Text] / D. Robertson, F. Sterke, W. van Weteringen, A. Arezzo, Y. Mintz, F. Nickel, T. Horeman // Surgical endoscopy. - 2022. - Vol. 36.

- № 6. - P. 1-10.

50. Борсуков, А.В. Малоинвазивные вмешательства под ультразвуковым контролем в клинике внутренних болезней: Учебно-методическое пособие [Текст] / А.В. Борсуков, З.А. Лемешко, И.Е. Сергеев, Б.К. Момджян, под. общ. ред. Харченко В.П. - Смоленск, 2005. - 191 с.

51. Табакман, Ю.Ю. Аспирационная биопсия эндометрия-значение комплексного гистологического и цитологического исследования [Текст] / Ю.Ю. Табакман, А.Ю. Костин, П.Р. Бутенко, А.Г. Солопова // Сибирский онкологический журнал. - 2007. - Приложение. - С. 85-88.

52. Tanko, N.M. Pipelle endometrial biopsy for abnormal uterine bleeding in daily clinical practice: why the approach to patients should be personalized? [Text] / N.M. Tanko, F. Linkov, G. Bapayeva, T. Ukybassova, A. Kaiyrlykyzy, G.

Aimagambetova, K. Kenbayeva, B. Ibrayimov, A. Lyasova, M. Terzic // Journal of personalized medicine. - 2021. - Vol. 11. - № 10. - P. 970.

53. Devetzis, K. Recent advances in systematic and targeted prostate biopsies [Text] / K. Devetzis, F. Kum, R. Popert // Research and Reports in Urology.

- 2021. - Vol. 13. - P. 799-809.

54. Chang, D.T.S. Transperineal biopsy of the prostate - is this the future? [Text] / D.T.S. Chang, B. Challacombe, N. Lawrentschuk // Nature Reviews Urology. - 2013. - Vol. 10. - № 12. - P. 690-702.

55. Малышев, Е.В. Результаты трансперинеальной мультифокальной биопсии предстательной железы [Текст] / Е.В. Малышев, В.А. Малышев, А.И. Фетюков, П.И. Ковчур, О.И. Ковчур, А.П. Цицюра // Урологические ведомости. - 2019. - Спецвыпуск. - С. 61-62.

56. Fagrell, B. Microcirculation: its significance in clinical and molecular medicine [Text] / B. Fagrell, M. Intaglietta // Journal of internal medicine. - 1997.

- Vol. 241. - № 5. - P. 349-362.

57. Тихомирова, И.А. Реология крови и микроциркуляция [Текст] / И.А. Тихомирова // Успехи физиологических наук. - 2023. - Т. 54. - № 1. - С. 3-25.

58. Нельсон, Д. Основы биохимии Ленинджера: учебное пособие в 3 томах. Том 2: Биоэнергетика и метаболизм [Текст] / Д. Нельсон, М. Кокс; пер. с англ. Н.Б. Гусева. - М.: Лаборатория знаний, 2022. - 646 с.

59. Крупаткин, А.И. Функциональная диагностика состояния микроциркуляторно-тканевых систем: колебания, информация, нелинейность [Текст]: руководство для врачей / А.И. Крупаткин, В.В. Сидоров. - М.: ЛИБРОКОМ, 2013. - 496 с.

60. Дунаев, А.В. Мультимодальная оптическая диагностика микроциркуляторно-тканевых систем организма человека / А. В. Дунаев. -Старый Оскол: ТНТ, 2022. - 440 с.: ил.

61. Чернух, А.М. Микроциркуляция [Текст] / А.М. Чернух, П.Н. Александров, О.В. Алексеев; под общ. ред. А.М. Чернуха. - Москва: Медицина, 1984. - 429 с.

62. Ragheb, J. Editorial III: Tissue oxygen tension (P TO2) in anaesthesia and perioperative medicine [Text] / J. Ragheb, D.J. Buggy // British journal of anaesthesia. - 2004. - Vol. 92. - № 4. - P. 464-468.

63. Alvarez, A. Tissue oxygenation in morbid obesity-the physiological and clinical perspective [Text] / A. Alvarez, P.M. Singh, A.C. Sinha // Trends in Anaesthesia and Critical Care. - 2013. - Vol. 3. - № 6. - P. 310-315.

64. Pittman, R.N. The circulatory system and oxygen transport [Text] / R.N. Pittman. - Regulation of Tissue Oxygenation. - Morgan & Claypool Life Sciences, 2011. - P. 3-15.

65. Davis, M.J. Local regulation of microvascular perfusion [Text] / M.J. Davis, M.A. Hill, L. Kuo // Microcirculation. - Academic Press, 2008. - P. 161-284.

66. Segal S. Regulation of Blood Flow in the Microcirculation [Text] / S. Segal // Microcirculation. 2005. Vol. 12, № 1. P. 33-45.

67. Meininger, G.A. Cellular mechanisms involved in the vascular myogenic response [Text] / G.A. Meininger, M.J. Davis // American Journal of Physiology - Heart and Circulatory Physiology. - 1992. - Vol. 263. - № 3. - P. H647-H659.

68. Starc, V. Effects of myogenic and metabolic mechanisms on the autoregulation of blood flow through muscle tissue: a mathematical model study [Text] / V. Starc // Cardiovascular Engineering: An International Journal. - 2004. -Vol. 4. - P. 81-88.

69. Chandel, N.S. Mitochondria [Text] / N.S. Chandel // Cold Spring Harbor perspectives in biology. - 2021. - Vol. 13. - № 3. - P. a040543.

70. Chandel, N.S. Glycolysis [Text] / N.S. Chandel // Cold Spring Harbor perspectives in biology. - 2021. - Vol. 13. - № 3. - P. a040535.