СПОСОБ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ОКОЛОЩИТОВИДНЫХ ЖЕЛЕЗ С ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ИНТРАОПЕРАЦИОННОЙ ИДЕНТИФИКАЦИЕЙ ПУТЕМ ВВЕДЕНИЯ УГЛЕРОДНОЙ СУСПЕНЗИИ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУСПЕНЗИИ УГЛЕРОДНЫХ ЧАСТИЦ ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ОКОЛОЩИТОВИДНЫХ ЖЕЛЕЗ (ОЩЖ) Российский патент 2024 года по МПК G01N1/30 G01N33/574 G01N33/58 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области медицины, а именно к хирургии, и может быть использовано для визуализации околощитовидных желез (ОЩЖ) с целью их инотраоперационной идентификации за счет селективного окрашивания тканей суспензией на основе наночастиц углерода с размером 20-70 нм, сформированных в конструкции 120-250 нм. Преимущество данного подхода заключается в селективном попадании углеродных частиц в лимфатические узлы, которые окрашиваются в черный цвет. Тем самым ОЩЖ за счет своего исходного цвета хорошо видны на черном фоне, что позволяет предотвратить их случайное удаление. Данный подход благодаря простоте в получении продукта, реализации и адекватному окрашиванию ткани позволяет с высокой долей вероятности распознать необходимые области ОЩЖ и тем самым минимизировать механическую травму и нарушение кровоснабжения, а также облегчает лимфаденодиссекцию.

Уровень техники

В настоящее время в России ежегодно проводится большое число инфазивных вмешательств для лечения патологий щитовидных желез. При этом одним из радикальных подходов к лечению является хирургическое удаление патологически измененных областей (тиреоидэктомия), в связи с чем возникает необходимость совершенствования операционных алгоритмов по визуализации требуемых областей.

Тиреоидетомия в большинстве случаев связана с максимальным риском осложнений, где ведущее место занимает послеоперационный гипопаратиреоз, связанный с травмой околощитовидных желез, что в конечном итоге приводит к нарушениям фосфорно-кальциевого обмена в организме и в итоге способствуют развитию остеопорозу. При этом, частота транзиторной гипокальциемии после тиреоидектомии достигает 40% и более процентов, а постоянная форма гипопаратиореоза наблюдается с частотой до 10,5%.

Неименные ОЩЖ обнаружить во время операции крайне сложно из-за их небольших размеров (3-5 мм), неспецифичности цвета (желтоватые, коричневые), формы, плотности и текстуры. Причем, часто они трудно отличимы от лимфатических узлов.

Во время операции расположение анатомических структур может смещаться, что создает запрос на интраоперационную визуализацию тканей, в том числе ОЩЖ. При этом необходимо не забывать, что в операционных условиях предпочтение всегда будут отдаваться быстрым и интуитивно понятным методам визуализации, позволяющим хирургу адекватно оценить оперируемый участок, что в конечном итоге снижает травматичность и время операции, а также риск рецидива.

Одним из подходов визуализации является фотодинамическая визуализация с использованием 5-аминолевулиновой кислоты (5-АЛК). Препарат специфично накапливается в областях с повышенным метаболизмом в том числе и в ОЩЖ после перорального введения, что позволяет произвести эффективную визуализацию интраоперационно, облучая область поляризованным синим светом с использованием эндоскопа, оснащенного системой фильтров для регистрации свечения. Однако, применение данного метода сопряжено с определенными трудностями, связанными главным образом с необходимостью в выключении света в операционной и дальнейшей количественной оценки записанных изображений.

Использование флюоресцентной визуализации (в околоинфракрасном спектре) с индоцианином зеленым (ICG) позволяет визуализировать кровоснабжение, в частности, ОЩЖ, по характеру и интенсивности локализовать ОЩЖ и дифференцировать ее от близлежащих структур. Несмотря на простоту метода, препарат могут накапливать многие аденоматозные очаги, локализующиеся в ткани самой щитовидной железы.

Интраоперационная гамма детекция ОЩЖ с применением 99mTc -МИБИ (30–100 МБк) подразумевает наличие дорогостоящего оборудования и связана с большой лучевой нагрузкой.

Другим принципиально противоположным подходом является аутофлюоресцентная визуализация (без использования красителей), основанная на возможности тканей “отражать” излучение при облучении лазером определённой длины волны, но разной интенсивности. За счет физиологических аутофлюоресцентных свойств ОЩЖ при использовании 785 нм лазера в условиях выключенного света в операционной изображение можно детектировать с помощью обычной камеры с фильтром для флуоресценции 830–870 нм, оборудованной дополнительно белым светом. Данный неинвазивный и простой метод позволяет эффективно локализовать околощитовидные железы в операционном поле, однако его использование требует наличия дорогостоящей приборной базы.

В изобретении RU 2631639 для идентификации ОЩЖ применяется «стресс-тест», основанный на чувствительности ОЩЖ к гипоксии и травматизации. При механическом воздействии, а именно легком постукивании от 4 до 6 раз кончиком хирургического инструмента, через 2-4 мин изменяется цвет ОЩЖ (чаще на темно-коричневый) и на их поверхности появляется гиперемия с инъекцией сосудов или потемнение, которое особенно хорошо видно при увеличении. ОЩЖ заметно отличаются от жировых долек клетчатки и лимфатических узлов. Несмотря на простоту подхода, не требующего дополнительных затрат, данная методика основывается только на визуальной диагностики хирурга, который должен учитывать анатомические и топографо-анатомические особенности ОЩЖ.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является решение, описанное в патенте US6815170, где предложен альтернативный подход по эффективной локализации околощитовидных желез в операционном поле путем введения суспензии, содержащей частицы углерода, как окисленных, так и в исходном виде с размером от 0.1 до 7 мкм. При этом за счет окрашивания тканей углеродом, участки ОЩЗ остаются неизменными и хорошо видны на черном фоне.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является создание методики, позволяющей быстро и эффективно визуализировать ОЩЖ у больных с различными заболеваниями щитовидной железы, которым выполняются оперативные вмешательства. Отсутствие необходимости использования дополнительного оборудования во время хирургического вмешательства снижает экономические затраты на операции.

Поставленная задача решается тем, что способ визуализации околощитовидных желез (ОЩЖ) с последующей интраоперационной идентификацией ОЩЖ за счет селективного окрашивания тканей суспензией углеродных частиц включает получение суспензии углеродных частиц для селективного окрашивания тканей, введение суспензии в область околощитовидных желез и проведение интраоперационной идентификации ОЩЖ за счет селективного окрашивания тканей указанной суспензией, при этом получение суспензии включает:

- приготовление раствора, содержащего 0,3-0,5 масс. % поливинилпирролидона с молекулярным весом 10-60 кДа на основе натрий-фосфатного буфера в качестве растворителя для инфузий с концентрацией 0.9 масс. %;

- добавление в приготовленный раствор порошка частиц углерода марки Carbon Black из расчета итоговой концентрации 20-70 мг/мл со средним размером частиц 20-80 нм и содержанием тяжелых металлов менее 5 ppm;

- последующую ультразвуковую обработку раствора в течение 2 раз по 20 мин в ультразвуковой ванне мощностью 240-600 Вт;

- перемешивание полученной смеси на магнитной мешалке в течение 6 часов при комнатной температуре для формирования конструкций частиц со средним размером 120-250 нм;

- фильтрацию смеси с использованием шприцевого фильтра с размером пор 0,45 мкм для удаления больших агрегатов.

В другом варианте способа визуализации приготовление раствора, содержащего 0,3-0,5 масс. % поливинилпирролидона с молекулярным весом 10-60 кДа проводят на основе раствора хлорида натрия для инфузий с концентрацией 0.9 масс. %.

Предпочтительно, чтобы в приготовленный раствор, содержащий 0,3-0,5 масс. % поливинилпирролидона, был добавлен порошок частиц углерода марки Carbon Black с удельной площадью поверхности 42-65 м²/г.

Предпочтительно также, проведение при получении суспензии предварительной обработки порошка частиц углерода 30% раствором перекиси водорода при нагревании до 40-60 градусов С для гидрофилизации углеродной поверхности.

Поставленная задача решается также тем, что способ получения суспензии углеродных частиц для визуализации околощитовидных желез (ОЩЖ) с последующей интраоперационной идентификацией ОЩЖ за счет селективного окрашивания тканей указанной суспензией, включает:

- приготовление раствора, содержащего 0,3-0,5 масс. % поливинилпирролидона с молекулярным весом 10-60 кДа на основе натрий-фосфатного буфера в качестве растворителя для инфузий с концентрацией 0.9 масс. %;

- добавление в приготовленный раствор порошка частиц углерода марки Carbon Black из расчета итоговой концентрации 20-70мг/мл со средним размером частиц 20-80 нм и содержанием тяжелых металлов менее 5 ppm;

- последующую ультразвуковую обработку раствора в течение 2 раз по 20 мин в ультразвуковой ванне мощностью 240-600 Вт;

- перемешивание полученной смеси на магнитной мешалке в течение 6 часов при комнатной температуре для формирования конструкций частиц со средним размером 120-250 нм;

- фильтрацию смеси с использованием шприцевого фильтра с размером пор 0,45 мкм для удаления больших агрегатов.

В другом варианте способа получения суспензии приготовление раствора, содержащего 0,3-0,5 масс. % поливинилпирролидона с молекулярным весом 10-60 кДа проводят на основе раствора хлорида натрия для инфузий с концентрацией 0.9 масс. %.

Предпочтительно, чтобы в приготовленный раствор, содержащий 0,3-0,5 масс. % поливинилпирролидона, был добавлен порошок частиц углерода марки Carbon Black с удельной площадью поверхности 42-65 м²/г.

Предпочтительно также проведение при получении суспензии предварительной обработки порошка частиц углерода 30% раствором перекиси водорода при нагревании до 40-60 градусов С для гидрофилизации углеродной поверхности.

Компонентом для визуализации ОЩЖ является суспензия с концентрацией 20-70 мг/мл на основе наночастиц углерода с размером 20-80 нм, сформированных в конструкции от 120 до 250 нм, за счет стабилизации в биосовместимые ПАВы на основе поливинилпироллидона.

Частицы с размером 150 нм тропны к лимфатическим сосудам, поскольку их диаметр значительно превышает размер пор между эндотелиальными клетками кровеносных капилляров 20-50 нм, в то время как поры между эндотелиальными клетками лимфатических капилляров составляют 120-500 нм. Введённая суспензия углерода в ткань щитовидной железы с размером частиц более 100 нм быстро попадает в лимфатические сосуды и после захвата макрофагами проходит в лимфатические капилляры. Благодаря этому частицы углерода аккумулируются в лимфатических узлах, окрашивая их в черный цвет.

ОЩЖ сохраняют свой цвет чаще светло-коричневый, поэтому должны хорошо визуализироваться на общем черном фоне лимфатических коллекторов VI уровня (паратрахеальные, претрахеальные лимфоузлы), что позволяет предотвратить их случайное удаление, механическую травму и нарушения кровоснабжения, одновременно с этим облегчает лимфаденодиссекцию.

Таким образом, есть необходимость в получении суспензии углеродных частиц сформированных в конструкцию с размером 120-250 нм (фиг. 1) за счет стабилизации исходных наночастиц углерода с размером 20-80 нм (фиг. 2) раствором ПАВ. При этом рабочая концентрация углеродной составляющей в растворе находится в диапазоне 20-70 мг/мл.

Данная задача решается путем диспергирования наночастиц углерода (Carbon black) в раствор ПАВ на основе поливинилпиролидона с молекулярным весом 10-60 кДа.

В процессе приготовления раствора ПАВ для последующей стабилизации углеродных частиц можно использовать натрий-фосфатный буфер или раствор хлорида натрия для инфузий 0,9 масс. %.

Использование ПАВ для стабилизации углеродных наночастиц позволяет получать стабильные в течение длительного времени суспензии. Итоговая суспензия при введении в ткань щитовидной железы должна хорошо распределяться, окрашивая ее в черный цвет.

Для получения стабильной суспензии с концентрацией 20-70 мг/мл на основе наночастиц углерода используется порошок углеродных частицы марки Carbon Black с удельной площадью поверхности 42-65 м²/г и содержанием тяжелых металлов менее 5 ppm.

Порошок наночастиц углерода со средним размеров 20-80 нм диспергируется в раствор ПАВ содержащий 0,3-0,5 масс.% поливинилпирролидона с молекулярным весом 10-60 кДа с использованием ультразвуковой (УЗ) обработки в течение 2 раз по 20 мин в ультразвуковой ванне (мощность 240-600 Вт ). Полученную смесь перемешивают на магнитной мешалке в течение 6 часов при комнатной температуре для формирования конструкций со средним размером 120-250 нм.

Для удаления больших агрегатов итоговую суспензию фильтруют с использованием шприцевого фильтра с размером пор 0,45 мкм.

Пример 1

Для приготовления водной суспензии углеродных наночастиц на первом этапе готовят раствор поливинилпирролидона (0,5 масс.%) с молекулярным весом 30 кДа на основе натрий-фосфатного буфера в качестве растворителя или раствора хлорида натрия для инфузий с концентрацией 0.9 масс. %. В полученный раствор добавляется порошок наночастиц углерода из расчета итоговой концентрации 20-70 мг/мл с последующей УЗ обработкой и перемешиванием на магнитной мешалке для формирования конструкций с размером 120-250 нм (фиг. 1).

Пример 2

Для упрощения получения суспензий на основе наночастиц углерода, возможно проведение предварительной обработки порошка углеродных частиц 30% раствором перекиси водорода при нагревании (40-60 °С) с целью гидрофилизации углеродной поверхности.

Пример 3

Суспензия наночастиц углерода с концентрацей 50 мг в 1 мл раствора вводится во время операции в доли щитовидной железы. При этом ОЩЗ сохраняет свой оригинальный цвет и должен хорошо выделяться на фоне окрашенных в черный цвет щитовидной железы и лимфатических узлов. Данный подход должен обеспечить точную идентификацию ОЩЗ и защитить их от случайного удаления, механической травмы и нарушения кровоснабжения.

Краткое описание фигур

Фиг. 1 показывает распределение частиц по размерам в суспензции по данным динамического светорассеяния для концентрации 50 мг/мл при использовании 0,5 масс. % поливинилпироллидона с молекулярным весом 30 кДа.

Фиг. 2 показывает РЭМ изображение углеродных наночастиц.

Группа изобретений относится к области медицины, а именно к способам визуализации околощитовидных желез (ОЩЖ) с последующей интраоперационной идентификацией ОЩЖ за счет селективного окрашивания тканей суспензией углеродных частиц. Способы визуализации ОЩЖ с последующей интраоперационной идентификацией ОЩЖ за счет селективного окрашивания тканей суспензией углеродных частиц включают получение суспензии углеродных частиц для селективного окрашивания тканей, введение суспензии в область околощитовидных желез и проведение интраоперационной идентификации ОЩЖ за счет селективного окрашивания тканей указанной суспензией. Вышеописанная группа изобретений позволяет быстро и эффективно визуализировать ОЩЖ у больных с различными заболеваниями щитовидной железы, которым выполняются оперативные вмешательства. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил, 3 пр.

1. Способ визуализации околощитовидных желез (ОЩЖ) с последующей интраоперационной идентификацией ОЩЖ за счет селективного окрашивания тканей суспензией углеродных частиц, включающий получение суспензии углеродных частиц для селективного окрашивания тканей, введение суспензии в область околощитовидных желез и проведение интраоперационной идентификации ОЩЖ за счет селективного окрашивания тканей указанной суспензией, при этом получение суспензии включает:

- приготовление раствора, содержащего 0,3-0,5 масс. % поливинилпирролидона с молекулярным весом 10-60 кДа на основе натрий-фосфатного буфера в качестве растворителя для инфузий с концентрацией 0,9 масс. %;

- добавление в приготовленный раствор порошка частиц углерода марки Carbon Black из расчета итоговой концентрации 20-70 мг/мл со средним размером частиц 20-80 нм и содержанием тяжелых металлов менее 5 ppm;

- последующую ультразвуковую обработку раствора в течение 2 раз по 20 мин в ультразвуковой ванне мощностью 240-600 Вт;

- перемешивание полученной смеси на магнитной мешалке в течение 6 ч при комнатной температуре для формирования конструкций частиц со средним размером 120-250 нм;

- фильтрацию смеси с использованием шприцевого фильтра с размером пор 0,45 мкм для удаления больших агрегатов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что добавляют в приготовленный раствор порошок частиц углерода с удельной площадью поверхности 42-65 м²/г.

3. Способ по пп. 1, 2, отличающийся тем, что при получении суспензии проводят предварительную обработку порошка частиц углерода 30 % раствором перекиси водорода при нагревании до 40-60 °С для гидрофилизации углеродной поверхности.

4. Способ визуализации околощитовидных желез (ОЩЖ) с последующей интраоперационной идентификацией ОЩЖ за счет селективного окрашивания тканей суспензией углеродных частиц, включающий получение суспензии углеродных частиц для селективного окрашивания тканей, введение суспензии в область околощитовидных желез и проведение интраоперационной идентификации ОЩЖ за счет селективного окрашивания тканей указанной суспензией, при этом получение суспензии включает:

- приготовление раствора, содержащего 0,3-0,5 масс. % поливинилпирролидона с молекулярным весом 10-60 кДа на основе раствора хлорида натрия для инфузий с концентрацией 0,9 масс. %;

- добавление в приготовленный раствор порошка частиц углерода марки Carbon Black из расчета итоговой концентрации 20-70 мг/мл со средним размером частиц 20-80 нм и содержанием тяжелых металлов менее 5 ppm;

- последующую ультразвуковую обработку раствора в течение 2 раз по 20 мин в ультразвуковой ванне мощностью 240-600 Вт;

- перемешивание полученной смеси на магнитной мешалке в течение 6 часов при комнатной температуре для формирования конструкций частиц со средним размером 120-250 нм;

- фильтрацию смеси с использованием шприцевого фильтра с размером пор 0,45 мкм для удаления больших агрегатов.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что добавляют в приготовленный раствор порошок частиц углерода с удельной площадью поверхности 42-65 м²/г.

6. Способ по пп. 4, 5, отличающийся тем, что при получении суспензии проводят предварительную обработку порошка частиц углерода 30 % раствором перекиси водорода при нагревании до 40-60 °С для гидрофилизации углеродной поверхности.