Способ минимизации артефактов движения при исследовании тканей с помощью оптической когерентной ангиографии и устройство для его осуществления Российский патент 2023 года по МПК A61B5/00 A61B5/02 

Группа изобретений относится к медицине, а именно к области диагностики в клинической и экспериментальной хирургии, и может быть использована для получения прижизненных изображений микрососудистого русла в приповерхностных слоях биологических тканей.

Топическая диагностика состояния кровообращения в тканях - одна из универсальных и сложных задач хирургии. В частности интраоперационная верификация наличия кровотока в интрамуральных сосудах кишки необходима для объективного определения границ жизнеспособной и нежизнеспособной кишки, и, соответственно, для определения границ ее резекции. Верификация состояния микрососудов кожи необходима для определения жизнеспособности термически поврежденных или пересаженных участков. Изменения микроциркуляции слизистой оболочки полости рта необходимо отслеживать в процессе лучевой терапии опухолей головы и шеи для предотвращения развития тяжелых стадий мукозита. Показатели микроциркуляции также могут быть эффективными предикторами диагностики предраковых состояний полости рта. Оптическая когерентная ангиография (ОКА), основанная на анализе сигнала в методе оптической когерентной томографии (ОКТ), обладает необходимым техническим потенциалом для объективной диагностики интрамуральных микрососудов в указанных тканях до глубины 2 мм, достаточной для получения клинически значимой информации. Кроме того, использование ОКА в экспериментальных исследованиях острого ишемического, травматического, лучевого повреждений тканей может существенно углубить представления о патогенезе этих распространенных патологических состояний. Главная причина ограничений в использовании ОКА для диагностики микроциркуляторного русла в тканях in vivo - высокая чувствительность методики выделения информации о кровеносных сосудах к наличию движений исследуемых тканей во время сканирования. Важное условие повышения эффективности клинического и экспериментального использования ОКА состоит в возможности воспроизведения непрерывной картины сети кровеносных сосудов при поступательном смещении датчика: такая возможность позволила бы проводить диагностический поиск участков ткани с нарушенным кровообращением в случае, если первоначально датчик не был установлен в очаг поражения. Однако в настоящее время перемещение датчика предполагает пошаговое перемещение, а не скольжение поверхности датчика по ткани, что приводит к получению дискретных ОКА-картин и в итоге к значительному снижению качества диагностических данных.

Из работы [П.Д. Агрба, Е.А Бакшаева, Д.О. Эллинский, И.Л. Шливко, М.Ю. Кириллин. Роль механической компрессии при визуализации кожи человека методом кросс-поляризационной оптической когерентной томографии. СТМ. 2014. 6(1): 75-82] известен способ взаимной фиксации зонда и исследуемой ткани, заключающийся в обеспечении контролируемого прижатия ОКТ-зонда к поверхности ткани (тонкой коже человека). Сила прижатия контролируется с помощью динамометра, сопряженного с зондом.

В описании зонда указано: «КП ОКТ-зонд, сопряженный с динамометром, измеряющим силу прижатия щупа к образцу, располагался перпендикулярно поверхности образца и прижимался к ней с силой 0,35±0,04 МПа. Сила компрессии выбиралась таким образом, чтобы обеспечить полное соприкосновение щупа с поверхностью кожи и вызвать незначительные дискомфортные ощущения. Такая компрессия является неинвазивным воздействием, все изменения обратимы, и их последствия исчезают в течение 20 мин после окончания эксперимента. Дальнейшее увеличение силы давления способно приводить к появлению гематомы, что уже может классифицироваться как инвазивное воздействие. В процессе измерения сила прижатия КП ОКТ-зонда к поверхности биоткани удерживалась на постоянном уровне в течение всего времени наблюдения».

Способ может быть осуществлен только на открытых горизонтальных поверхностях, где достаточно пространства для установки динамометра; на наклонных и вертикальных поверхностях данный способ не работает. Позволяет получать только дискретные ОКА-изображения, что может привести к потере части важных диагностических данных из-за невозможности перемещения датчика без отрыва.

Из патента US №4736749 (МПК А61В 5/00, 5/04, А61В 7/04, опубл. 12.04.1988 г.) известно устройство для вакуумной фиксации на теле человека, содержащее отдельно расположенный вакуумный насос, который посредством вакуумной трубки подключен к полому корпусу с центрально расположенной камерой и с кольцевой полостью, которая ограничена снизу поверхностью уплотняющегося приспособления, которое прижато к корпусу посредством разъемного соединителя с образованием одной камеры при возможности перекрытия ее снизу поверхностью тела человека.

Недостатками данного устройства и способа его применения являются:

1. Размер устройства значительно превышает размер датчика, поэтому фиксация ткани происходит только в области кольцевидной полости, расположенной вокруг и на расстоянии от зоны исследования датчиком, поэтому поверхность исследуемой ткани в зоне контакта остается подвижной относительно датчика, в результате локальных микроперемещений ткани появляются артефакты движения, снижающие качество ОКА-изображений.

2. Невозможность перемещения устройства по поверхности ткани с сохранением постоянного контакта поверхности датчика и ткани без риска разгерметизации вакуумной полости и взаимного смещения датчика и ткани.

Задача предполагаемой группы изобретений - повышение точности диагностики ОКА за счет минимизации артефактов, появляющихся на ОКА-изображениях из-за непроизвольных смещений исследуемой ткани относительно датчика прибора или из-за произвольного перемещения датчика прибора по поверхности ткани во время диагностического поиска.

Технический результат заключается в повышении качества получаемых данных при проведении ОКА за счет сокращения количества артефактов на ОКА-изображениях; возможности безотрывного перемещения датчика по поверхности ткани без нарушения микроциркуляции.

Технический результат достигается устройством, содержащим отдельно расположенный аспиратор, который посредством вакуумной трубки подключен к устройству, устройство выполнено в виде площадки эллипсообразной формы с патрубком, внутренний диаметр которого соответствует наружному диаметру цилиндрического датчика ОКТ-прибора, высота патрубка больше высоты датчика ОКТ-прибора не более чем на 4 мм, переход с площадки на патрубок с внутренней стороны сглажен, в дистальной части устройства в зоне, не перекрываемой датчиком ОКТ-прибора, выполнен отвод для присоединения вакуумной трубки аспиратора к патрубку.

Технический результат достигается также тем, что при проведении ОКА, на датчик ОКА устанавливают предложенное устройство, присоединяют вакуумную трубку аспиратора для создания вакуума; устанавливают уровень давления при исследовании покровных тканей на уровне не менее -125 мм рт.ст., а для исследования органов брюшной полости - до не менее величины, равной среднему артериальному давлению в мм рт.ст., на момент проведения исследования минус 60 мм рт.ст.

Предпочтительно для исследования соседнего участка ткани проводят смещение датчика ОКТ-прибора вместе с устройством без его отрыва способом «скольжения» по исследуемой ткани вдоль условной большой оси площадки устройства.

Группа изобретений поясняется фигурами, где на фиг. 1 - фото устройства на цилиндрическом датчике прибора ОКА с подсоединенной вакуумной трубкой к отводу; на фиг. 2 - фото использования устройства при проведении исследования по предложенному способу на шее добровольца, на фиг. 3 (а, б) - примеры проведения ОКА-исследования без использования предложенных устройства и способа; на фиг. 4 - этап получения ОКА-изображения на фиксированном с помощью разработанных устройства и способа участке (фото); на фиг. 5 (а, б) - ОКА-изображения, полученные с помощью разработанных устройства и способа фиксации датчика прибора; на фиг. 6 - гистологическая структура стенки кишки после получения ОКА-изображения разработанным способом (а) и интактной тонкой кишки, не подвергнутой диагностическим и каким-либо иным манипуляциям (б); на фиг. 7 - серия ОКА-изображений, полученных с помощью разработанных устройства и способа при длительном мониторировании участка кишки с контролируемым смещением зоны интереса без удаления устройства, где (а) - ОКА-изображение в начальной точке исследования, (б) - ОКА-изображение, смещенное на 1,8 мм вниз от начальной точки; (в) - ОКА-изображение, смещенное на 1,8 мм вниз через 10 мин от начала исследования; (г) - ОКА-изображение, фиксированное на предыдущей точке исследования в течение 20 мин; на фиг. 8 - исследование участка кожи тыльной поверхности кисти с помощью ручного прижима ОКТ -датчика (а), ОКА-изображения, получаемые с помощью ручного прижима ОКА-датчика (б, в), исследование участка кожи тыльной поверхности кисти с использованием разработанного устройства (г), ОКА-изображения, получаемые при использовании предложенного способа (д, е); на фиг. 9 - исследование участка кожи боковой поверхности шеи с использованием разработанного устройства (а), полученное ОКА-изображение (б), состояние кожи в месте исследования после завершения исследования (в); на фиг. 10 - исследование участка слизистой оболочки полости рта с помощью ручного прижима ОКТ-датчика (а), получаемые с помощью ручного прижима ОКТ-датчика ОКА-изображения (б, в), исследование участка слизистой оболочки полости рта с использованием разработанного устройства (г) и получаемые с использованием разработанного устройства ОКА-изображения (д, е).

Устройство для минимизации артефактов движения при исследовании тканей с помощью оптической когерентной ангиографии (Фиг. 1, Фиг. 2) выполнено в виде площадки эллипсообразной формы (1) с патрубком (2), внутренний диаметр которого соответствует наружному диаметру цилиндрического датчика ОКТ-прибора (3), малый диаметр площадки близок к наружному диаметру патрубка. Высота патрубка больше высоты датчика ОКТ-прибора не более чем на 4 мм. Переход с площадки на патрубок с внутренней стороны сглажен. В дистальной части устройства в зоне, не перекрываемой датчиком ОКТ-прибора, выполнен отвод (4) для присоединения вакуумной трубки аспиратора к патрубку.

Способ осуществляют следующим образом.

Выбирают для исследования участок ткани кожи, слизистой оболочки, сегмент кишки и т.д. Надевают предложенное устройство на датчик прибора ОКТ таким образом, чтобы между торцом датчика и дистальным краем патрубка оставалось от 1 до 4 мм, отвод не перекрывался датчиком прибора. Герметично подключают дистальный конец трубки аспиратора к отводу. Герметично подключают проксимальный конец трубки к операционному аспиратору. Устанавливают уровень отрицательного давления, создаваемого аспиратором при исследовании покровных тканей на уровне не менее -125 мм рт.ст., а для исследования органов брюшной полости - до не менее величины, равной среднему артериальному давлению в мм рт.ст., на момент проведения исследования минус 60 мм рт.ст. Включают операционный аспиратор и создают контакт площадки устройства с поверхностью ткани до получения эффекта «присасывания» участка ткани к поверхности датчика. Проводят исследование. После завершения исследования и записи ОКА-изображений давление внутри устройства компенсируют выключением аспиратора.

При необходимости исследования соседнего участка ткани проводят смещение датчика ОКТ-прибора вместе с устройством, сохраняя контакт устройства и ткани. Движение осуществляют способом «скольжения» вдоль условной большой оси площадки устройства. Эллипсообразная форма площадки образует скругленные «выступы», которые обеспечивают минимальную деформацию ткани, находящейся вне устройства, при перемещении («скольжении»), а сглаженное соединение патрубка и площадки с внутренней стороны обеспечивает снижение уровня травматизации ткани.

Приводим примеры использования группы изобретений.

Пример 1.

Устройство и способ использованы при выполнении ОКА-исследования кровообращения в стенке кишки минипига «Визенау» в эксперименте, поскольку параметры кишечника этой категории лабораторных животных наиболее близки к параметрам кишечника человека. Выписка из эксперимента №3. Под интубационным наркозом выполнили срединную лапаротомию, далее, отступив от дуоденоеюнального перехода 40 см, вывели в рану участок тонкой кишки. Смоделировали острую ишемию сегмента кишечника перевязкой тощекишечной артерии. Проводили ОКА-исследование без использования предложенных устройства и способа (Фиг. 3а, Фиг. 3б), регулируя необходимый контакт вручную. Затем проводили исследование с использованием предложенных способа и устройства. Устанавливали предложенное устройство на датчик прибора ОКТ. Между торцом датчика и дистальным краем патрубка оставалось 4 мм, отвод, выполненный на уровне 3 мм, не перекрывался датчиком прибора. Герметично подключили дистальный конец трубки аспиратора к отводу. Герметично подключили проксимальный конец трубки к операционному аспиратору. Среднее артериальное давление на момент проведения ОКТ-исследования 90 мм рт.ст. Безопасный уровень отрицательного давления в просвете устройства, поскольку исследование проводили на органе брюшной полости САД-60=90-60=30. Установили уровень отрицательного давления, создаваемого аспиратором при исследовании, -30 мм рт.ст. Включили операционный аспиратор Элема-Н ОХ-8/40 (АМ4М10) и создали контакт площадки устройства с поверхностью ткани до получения эффекта «присасывания» участка ткани к поверхности датчика (Фиг. 4). На протяжении 26 секунд, необходимых для получения ОКА-изображений, исследуемый участок оставался неподвижным относительно датчика ОКА-прибора, в результате чего качество ОКА-изображений существенно возросло в сравнении с традиционным (ручным) способом фиксации: исчезли артефакты движения - яркие горизонтальные полосы разной толщины и волнообразный характер рисунка (Фиг. 5а, Фиг. 5б). В месте проведенного исследования не обнаружено визуальных изменений, полная анатомическая сохранность исследованного участка подтверждена гистологически (Фиг. 6а) и соответствует норме (Фиг. 6б).

Пример 2.

Выписка из эксперимента №4. С помощью предложенного способа и устройства в течение 30 минут проведено ОКА-мониторирование участка кишки. Среднее артериальное давление (САД) на момент проведения исследования - 120 мм рт.ст. Установили уровень безопасного отрицательного давления, создаваемого аспиратором при исследовании, -60 мм рт.ст. (САД-60=120-60=60). Получено ОКА-изображение в начальной точке исследования (фиг. 7а). Затем сохраняя контакт устройства и ткани кишки, переместив вдоль условной большой оси площадки устройства на 1,8 мм вниз от начальной точки, получено следующее ОКА-изображение (фиг. 7б). Затем, сохраняя контакт устройства и ткани кишки, переместив вдоль условной большой оси площадки устройства на 1,8 мм вниз, через 10 минут от начала исследования получено следующее изображение (фиг. 7в). В течение 20 минут исследование проводилось в конечной точке (фиг. 7г). Во всех случаях получены безартефактные ОКА-изображения. Движения рук исследователя, удерживающего датчик прибора, и физиологические движения исследуемых тканей не приводили к смещению тканей относительно рабочей поверхности датчика и не влияли на качество ОКА-изображений.

Пример 3. Выполнено ОКА-исследование кровообращения у здорового добровольца на тыльной стороне кисти без (Фиг. 8 а-в) и с использованием предложенных устройства и способа (Фиг. 8 г-е). При использовании предложенного способа уровень отрицательного давления установлен 125 мм рт.ст. На протяжении 26 секунд, необходимых для получения ОКА-изображений, исследуемый участок оставался неподвижным относительно датчика прибора, в результате чего качество ОКА-изображений существенно возросло в сравнении с традиционным (ручным) способом фиксации датчика.

Пример 4.

Выполнено ОКА-исследование кровообращения с использованием предложенной группы изобретений у здорового добровольца на боковой поверхности шеи (фиг. 9а). Исследование проводилось в положении сидя. При использовании предложенного способа уровень отрицательного давления установлен 125 мм рт.ст. На протяжении 26 секунд, необходимых для получения ОКА-изображений, исследуемый участок оставался неподвижным относительно датчика прибора, в результате ОКА-изображения получены без артефактов (Фиг. 9б). После завершения исследования и записи ОКА-изображений давление внутри устройства компенсировали выключением аспиратора. В месте проведенного исследования не обнаружено визуализируемых патологических изменений (кровоизлияний, отека, ишемии и т.д.) (Фиг. 9в).

Пример 5.

Выполнено ОКА-исследование кровообращения у здорового добровольца в слизистой оболочке ротовой полости без (Фиг. 10 а-в) и с использованием предложенных устройства и способа (Фиг. 10 г-е). При использовании предложенного способа уровень отрицательного давления установлен - 120 мм рт.ст. Отвод в используемом устройстве выполнен на уровне 2 мм. На протяжении 26 секунд, необходимых для получения ОКА-изображений, исследуемый участок оставался неподвижным относительно датчика прибора, в результате чего качество ОКА-изображений существенно возросло в сравнении с традиционным (ручным) способом фиксации датчика.

Таким образом, разработанный способ и устройство повышают качество получаемых данных при проведении ОКА за счет сокращения количества артефактов на ОКА-изображениях и обеспечивают возможность безотрывного перемещения датчика по поверхности ткани с сохранением качества получаемой информации. За счет создания фиксируемой разности давлений между внутренним объемом присоединяемого устройства и внешней средой происходит взаимная фиксация зонда ОКА-прибора и исследуемой ткани, что позволяет обеспечить контролируемый и постоянный во времени прижим поверхности исследуемой ткани к торцу зонда. Использование предложенных устройства и способа позволило полностью нивелировать на время исследования движения тканей относительно датчика (дыхательные, пульсовые, мышечные сокращения) и движения датчика относительно тканей (движения рук исследователя, удерживающего датчик прибора). За счет дефицита давления внутри устройства, создаваемого аспиратором, исследуемые ткани контролируемо по усилию и времени фиксировались к рабочей поверхности ОКТ-датчика, после получения ОКА-изображения дефицит давления компенсировался, устройство отсоединялось от исследуемых тканей без макро- и микроскопических признаков повреждения последних.

Группа изобретений относится к медицине. Устройство для получения прижизненных изображений микрососудистого русла в приповерхностных слоях биологических тканей, выполненное в виде площадки эллипсообразной формы с патрубком, внутренний диаметр которого соответствует наружному диаметру цилиндрического датчика прибора ОКТ (оптической когерентной томографии), с возможностью подключения к отдельно расположенному аспиратору посредством вакуумной трубки. Способ минимизации артефактов движения при исследовании тканей с помощью оптической когерентной ангиографии, в котором при проведении оптической когерентной ангиографии (ОКА), на цилиндрический датчик прибора ОКТ устанавливают устройство для получения прижизненных изображений микрососудистого русла в приповерхностных слоях биологических тканей, присоединяют вакуумную трубку аспиратора; устанавливают уровень давления при исследовании покровных тканей на уровне -125 мм рт.ст., а для исследования органов брюшной полости - до величины, равной среднему артериальному давлению в мм рт. ст., на момент проведения исследования минус 60 мм рт.ст. Технический результат заключается в повышении качества получаемых данных при проведении ОКА за счет сокращения количества артефактов на ОКА-изображениях; возможности безотрывного перемещения датчика по поверхности ткани без нарушения микроциркуляции. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 9 ил., 5 пр.

1. Устройство для получения прижизненных изображений микрососудистого русла в приповерхностных слоях биологических тканей, выполненное с возможностью подключения к отдельно расположенному аспиратору посредством вакуумной трубки, отличающееся тем, что устройство выполнено в виде площадки эллипсообразной формы с патрубком, внутренний диаметр которого соответствует наружному диаметру цилиндрического датчика прибора ОКТ (оптической когерентной томографии), высота патрубка больше высоты датчика ОКТ-прибора не более чем на 4 мм, переход с площадки на патрубок с внутренней стороны сглажен, в дистальной части устройства в зоне, не перекрываемой датчиком ОКТ-прибора, выполнен отвод для присоединения вакуумной трубки аспиратора к патрубку.

2. Способ минимизации артефактов движения при исследовании тканей с помощью оптической когерентной ангиографии, отличающийся тем, что при проведении оптической когерентной ангиографии (ОКА), на цилиндрический датчик прибора ОКТ устанавливают устройство по п. 1, присоединяют вакуумную трубку аспиратора; устанавливают уровень давления при исследовании покровных тканей на уровне -125 мм рт.ст. и более, а для исследования органов брюшной полости - до величины, равной среднему артериальному давлению в мм рт.ст., на момент проведения исследования минус 60 мм рт.ст.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что для исследования соседнего участка ткани проводят смещение датчика ОКТ-прибора с установленным устройством по п.1, без его отрыва способом «скольжения» по исследуемой ткани вдоль условной большой оси площадки устройства.