Флуоресцентная визуализация для хирургии: особенности и технологические инновации

Всем привет, мы группа энтузиастов, молодых и не очень ученых, врачей, занимающихся исследованием и популяризацией метода флуоресцентной визуализации в современной хирургии. Также у нас есть небольшой стартап в этой области, но об этом дальше. В первую очередь хочу поблагодарить вас за ваше время, потраченное на прочтение данной статьи, а также принести извинения за то, как она написана, разработка текстов не мой конек. Для чего это нужно? В современной хирургии необходимо применение интраоперационных методов визуализации патологических процессов, сосудов и важных анатомических структур, что повышает безопасность и качество хирургических вмешательств, а также позволяет повысить контроль радикальности таких вмешательств.  Флуоресцентная визуализация в настоящее время является одним из самых распространенных методов, используемых в интраоперационной навигации. В онкологической хирургии эту методику начали применять только в течение последних 10-15 лет, сейчас метод набирает обороты,

множественные исследования доказали его высокие чувствительность и специфичность. Несмотря на то, что ICG (индоцианин зеленый) известен уже более 50 лет, сейчас он становится все более популярным благодаря своим свойствам, что косвенно отражает статистика публикаций Pubmed.

Почему ICG

Существуют разные флуоресцентные красители, но именно ICG обладает уникальным свойством – пиковая эмиссия флуоресценции на длине волны около 850 нм. В организме человека основными оптическими поглотителями являются гемоглобин и вода. Видимый свет с длиной волны менее 650 нм будет сильно поглощаться гемоглобином, а ИК свет с длиной волны более 900 нм будет поглощаться водой.

Длина волны ближнего инфракрасного диапазона (БИК, NIR) от 650 до 900 нм, так называемое оптическое окно, является «оптически прозрачной» из-за низкого оптического поглощения гемоглобина и воды. Это причина, почему ICG флуоресцентный метод способен наблюдать глубокое (до 15 мм) изображение от поверхности исследуемой структуры.

Области применения

  • Хирургическая онкология
  • Пластическая хирургия
  • Микрохирургия
  • Трансплантология
  • Нейрохирургия
  • Офтальмология
  • Кардиология
  • Реконструктивная хирургия
  • Картографирование лимфатической системы

Онкология

Метод применяется при проведении различных онкохирургических вмешательств. Одним из ключевых направлений для применения метода является онкомаммология. Статистика утверждает, что каждая 8 женщина в мире столкнется с данным заболеванием. Мужчинам тоже не следует расслабляться раньше времени, РМЖ может быть диагностирован и у них.

Сигнальные лимфатические узлы – первая группа лимфоузлов на пути лимфооттока от опухоли.

Нахождение и морфологическая оценка статуса сигнального лимфатического узла, первым воспринимающего лимфу от пораженного злокачественнои опухолью органа, позволяют оценить вероятность метастатического поражения других лимфоузлов. В случае отсутствия такого поражения можно с высокои степенью достоверности предвидеть отсутствие метастазов в последующих лимфоузлах и отказаться от их удаления без ущерба для эффективности лечения.

Основными осложнениями радикального хирургического лечения злокачественных новообразовании являются:

  • Отеки, возникающие из-за нарушения лимфо- и венозного оттока;
  • Ограничение подвижности в суставах на стороне операции;
  • Местные неврологические расстроиства (невропатия, плексопатия);
  • Грубые рубцовые изменения кожи и мягких тканей.

Методы поиска СЛУ:

  • с использованием радиофармпрепаратов (РФП)
  • флуоресцентной лимфографии

Не получили распространения:

  • с суперпаранамагниченным оксидом железа (SPIO) – метод с неплохой результативностью, но и ограничений достаточно. Например, после его проведения МРТ пациенту противопоказан еще долго по понятным причинам.
  • ультразвуковои визуализации с гексафторидом серы (microbubbles) – элегаз и здесь отметился, но результаты не назвать впечатляющими.

Стандартом исследования сигнальных лимфатических узлов является метод с использованием радиофармпрепаратов (РФП) или в сочетании с красителем. Для сцинтиграфии вводят коллоид, меченый технецием 99m. Но этот метод обладает своими недостатками, среди которых лучевая нагрузка на пациентов и персонал, увеличенное время исследования (РФП вводят за 12-18 часов до операции). Кроме того технеций 99m имеет крайне малый период полураспада (около 6 часов), поэтому его получают с помощью генератора технеция из молибдена 99 (его период полураспада больше – около 66 часов) непосредственно в клинике. А вот молибден 99 получают исключительно в реакторе, и это достаточно грязное производство. Все страшные истории про ЦНИИГЕОЛНЕРУД, НИИАР и маленькую вероятность больших неприятностей публиковали уже многократно.

Что мы сделали

Мы разработали прибор для флюороскопическои визуализации, предназначенный для получения и просмотра изображении с применением ICG. Технология, конечно, не является уникальной, подобные системы существуют, но мы разработали портативную конструкцию в противовес зарубежным аналогам, представляющим из себя несколько коробочек, соединенных проводами, установленных на отдельной стойке с экраном. Наша портативная конструкция является уникальной и позволяет хирургу наблюдать рану и ее изображение в инфракрасном спектре в одном поле зрения, что значительно облегчает проведение исследовании и повышает достоверность. И от проводов мы тоже избавились, прибор работает на АКБ.

Как это выглядит

В первую очередь расскажу подробнее о методе флуоресцентной лимфографии для поиска сигнальных лимфатических узлов (СЛУ) при лечении рака молочной железы (РМЖ), т.к. основной акцент мы делаем именно на РМЖ – по международной статистике каждая 8 женщина в мире с эти столкнется на протяжении жизни, ежегодно в мире выявляют более 2,2 млн новых случаев РМЖ, а процент хирургического и/или комбинированного, т.е. хирургического + химия/лучи/гормоны в разных комбинациях, лечения, пожалуй, переваливает за 90. Но не следует забывать, что областей применения намного больше, об этом в первой статье.

Еще раз отмечу, что сигнальные лимфатические узлы (СЛУ) – первая группа лимфоузлов на пути лимфооттока от опухоли.

С каждым годом пересматриваются и разрабатываются новые парадигмы хирургического лечения рака молочной железы, одной из которых является изменение хирургического объема – удаление лимфатических узлов в подмышечной области, в частности, появляется биопсия сигнальных лимфатических узлов (БСЛУ – СЛУ вырезаются и исследуются на наличие метастазов) у больных раком молочной железы ранних стадий. Метод позволяет повысить шансы на улучшение качества жизни больных благодаря отсутствию аксиллярной лимфодиссекции (удалению в подмышечной области жировой клетчатки с лимфоузлами), т. е. значительному снижению рисков постмастэктомического синдрома в будущем.

Теперь к самому процессу.

1. После интубации пациента и отграничения поля стерильным бельем хирург вводит предварительно разведенный препарат индоцианина зеленого в виде водного раствора (2мг/мл) в объеме 2 мл внутрикожно и подкожно по наружному краю ареолы. Фото добавлять не буду, чтобы не восприняли за непотребство.

2. Через 2-5 минут после введения препарата можно наблюдать флуоресцентное изображение лимфатического пути, чаще всего идущего к подмышечной области (по этому пути отходит около 97% лимфы).

Объектив прибора направляется на исследуемую область: сначала на место введения, далее отслеживается флуоресцирующая дорожка. Место «обрыва» флуоресцирующей дорожки, то есть лимфатического протока, видимого сквозь кожу, является ориентиром для поиска сигнальных лимфатических узлов в глубине тканей подмышечной области. Для этого необходимо рассечение, как минимум, кожи, подкожно-жировой клетчатки и поверхностной фасции.

3. После того как хирург рассек кожу, подкожно-жировую клетчатку и поверхностную фасцию, объектив прибора направляется в рану и начинается поиск флуоресцирующих лимфатических узлов. Прокрашивание лимфатических узлов в оттенки зеленого наблюдается редко, менее 10% случаев. Однако, на фото один из таких случаев. Синяя стрелка указывает на сигнальный лимфатический узел, который не только прокрасился в зеленый оттенок, но и флуоресцирует в ИК-спектре.

4.  После удаления СЛУ контролируется его флуоресценция, в ране контролируется наличие или отсутствие дополнительных лимфатических узлов как с помощью поиска флуоресценции, так и пальпаторно. И флуоресцирующие, и пальпируемые лимфатические узлы расцениваются как сигнальные и отправляются на срочное гистологическое исследование.

На поиск сигнальных лимфатических узлов уходит 10-20 минут, и ещё такое же время на срочное гистологическое исследование.

Есть одна особенность, которую нужно учитывать. При случайном пересечении хирургом лимфатического протока индоцианин выльется в рану, тем самым прокрашивая всю исследуемую область. В этот момент на экране прибора вся операционная рана будет флуоресцировать, поэтому идентифицировать конкретный лимфатический узел будет невозможно, по крайней мере с помощью изделий на кремниевых датчиках. Для исключения подобной ошибки необходимо представить локализацию лимфатического узла, в который впадает лимфатический проток, и оперативный доступ к этому СЛУ осуществлять со стороны, противоположной впадению лимфатического протока в СЛУ. Это одна из причин, по которой мы решили, что необходимо портативное устройство, расположение которого относительно пациента будет легко изменить.

Почему решили сделать портативное устройство?

Это я описывал в предыдущей статье. Если кратко: портативность, работа в одном поле зрения, отсутствие проводов. Зарубежные аналоги стоят кратно дороже и более громоздкие, вот несколько примеров:

Конечно, проблем при создании было много. Сейчас это уже энный вариант изделия. Проблемы абсолютно разноплановые: от кодирования изображения и ПО до ЭМС. Но главным техническим вызовом стало действующее законодательство.

Как я писал в предыдущей статье, ICG флуоресцирует только после возбуждения в ближнем ИК диапазоне. Теоретически можно было бы обойтись естественным светом, но в нем слишком много ИК других длин волн, что создает засветку не самой мощной эмиссии индоцианина. Именно поэтому требуются дополнительные источники ИК для возбуждения флуоресценции. И здесь мы подходим к регулированию. Есть перспективы выхода на международные рынки, там свои требования, хотя где-то, наоборот, гордятся безлазерными технологиями, но сейчас запускаем проект в России, где оборот медизделий контролирует Росздравнадзор. Регистрация медизделий это отдельная эпопея, которая может длиться годами и включает в себя не только разработку продукта и документации, но также прохождение технических, клинических и других необходимых испытаний. Испытания могут проводить только аккредитованные в установленном порядке организации, и не у каждой из них (а их всего-то десятка полтора на всю страну, а то и меньше) есть все необходимые области аккредитации. Так вот. Сейчас мы используем LED ИК, хотя я бы предпочел лазерные диоды или лазер. Но! Если где-то есть слово «лазер» или однокоренное, регистрация такого в нынешних реалиях будет крайне затруднительна уже хотя бы по причине наличия аккредитации в этой области у одной или двух лабораторий в стране. Речь именно об аккредитации РЗН.

В общем LED источник необходимой мощности превращается в печку, способную согреть вас долгими зимними вечерами без отопления. Вопросы теплоотвода были решены, но они же создали дополнительные вопросы с корпусированием и непосредственно производством корпусов. С этими вопросами мы справились, но теперь есть несколько других, которыми я бы и хотел поделиться с уважаемым сообществом:

  • есть ли смысл использовать InGaAs датчики для более глубокой визуализации структур в ИК?
  • как можно реализовать идею совмещения изображений в видимом диапазоне и ИК (как режим «гибрид» на картах)? Можно ли справиться одним датчиком или необходимо 2 камеры?
  • если одной камерой для наложения изображений не обойтись, есть ли смысл думать о реализации изделия с прозрачным TFT экраном? Тогда наложение второго слоя изображения не понадобится и можно будет оставить в конструкции один датчик, но у таких экранов тоже есть свои ограничения.

Автор: @AlexeySol
Источник: https://habr.com/

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!