Морфологическое обоснование оптической когерентной томографии метода визуализации структур слизистых оболочек

Оптическая когерентная томография (ОКТ) это оптический метод получения изображения биологических тканей в поперечном разрезе с высоким уровнем разрешения (5).
Принцип действия ОКТ аналогичен ультразвуковому с тем различием, что используются инфpaкрасные, а не акустические волны. Оптический луч фокусируется на ткани, а эхо-задержка света, отраженного от внутренней микроструктуры на различных глубинах, измеряется методом оптической интерферометрии. Достигнутое разрешение в 1-10 мкм позволяет различать структуру оптических неоднородностей, обусловленных вариациями коэффициента обратного отражения. Полученные в результате данные образуют двухмерную картину (В-скан) пропорциональную коэффициенту обратного рассеяния от оптических микронеоднородностей, коррелирующих с структурными компонентами ткани.
В оптических томографах, разработанных и сконструированных в ИПФ РАН (г.Нижний Новгород, Россия) достигнуты следующие хаpaктеристики оптических изображений биологических тканей на длинах волн 0.83 и 1.3 мкм: прострaнcтвенное разрешение 10-15 мкм, время получения двумерного изображения с числом элементов 200х200 1с, проникновение на глубину 1-2 мм при мониторинге кожи, слизистых оболочек, тканей зубов и на полную глубину при наблюдении тканей глаза. Достигается запись и воспроизведение двумерных оптических томограмм в реальном времени.
ОКТ представляет интерес для клинического использования по ряду причин:
- а) разрешающая способность ОКТ приборов составляет 10-15 мкм, что в 10 раз превышает разрешение других используемых в пpaктике диагностических методов и предполагает изучение объекта на уровне оптической архитектуры ткани;
- б) информация о ткани, получаемая с помощью ОКТ, является прижизненной, т.е. отражает не только структуру, но и особенности функционального состояния тканей; в
- в) метод ОКТ неинвазивен, поскольку использует излучение в ближнем ИК диапазоне с мощностью порядка 1 мВт, которое не оказывает повреждающего воздействия на организм;
- г) метод исключает травму и не имеет ограничений, присущих традиционной биопсии.
Созданные специальные оптические зонды, обеспечивающие доступ низкокогерентного излучения к исследуемым тканям in vivo, расширили возможности метода. Благодаря созданию микрозонда и совмещению его со стандартными эндоскопами, доступными для ОКТ в наших исследованиях стали слизистые оболочки дыхательных путей (ОКТ-ларингоскопия, ОКТ-бронхоскопия), желудочно-кишечного тpaкта (ОКТ-фибро-гастродуоденоскопия, колоноскопия), мочевыводящих путей (ОКТ-цистоскопия), внутренних пoлoвых органов женщин (ОКТ-кольпоскопия, ОКТ-гистероскопия) (6-9).
Наибольший опыт клинического применения ОКТ в эндоскопии сегодня имеют группы, работающие в Главной Массачусетской Клинике и Гарвардской Медицинской школе (Бостон, США), Клиниках Университета CWR в Кливленде (Охайо, США) и группа Нижегородских ученых: сотрудников отделения нелинейной динамики и оптики ИПФ РАН, НГМА, областной клинической больницы им. Семашко и областного oнкoлoгического диспансера. В 1999 году работа ученых из Нижнего Новгорода была удостоена Государственной премии Российской Федерации в области науки и техники. К настоящему времени исследовано около 2000 пациентов.
Поскольку разрешающая способность ОКТ сравнима с нижней границей размеров клеточных элементов тканей, то «золотым стандартом» для интерпретации томографического изображения служит световая микроскопия гистологических срезов исследуемых органов. Нами проводились параллельные гистотомографические исследования. Изучались здоровые участки тканей человека в послеоперационном материале и прижизненному ОКТ-сканированию подвергались участки тканей, которые подлежали эксцизионной биопсии или оперативному удалению. Для гистологических исследований использовалась классическая обработка и окраска материала (фиксация в 10% нейтральном формалине, заливка в парафин, окраска гематоксилином и эозином).
Проведенные исследования позволили установить, что слоистая структура интактных слизистых оболочек, благодаря различиям в рассеянии слоев, находит свое отображение на томограммах. Специфика слизистых оболочек разных органов имеет оптические эквиваленты и потому доступна для исследования с помощью ОКТ (5,6,10,11). Состояние базальной мембраны, которое приобретает особо важное значение при решении вопроса об инвазии paка, хорошо наблюдать в слизистых, покрытых многослойным плоским или переходным эпителием (7,12). Многослойный плоский (переходный) неороговевающий эпителий, имеет в различных слизистых толщину 50500 мкм, что существенно превышает минимально разрешаемый масштаб и потому легко визуализируется как слаборассеивающая полоса.
В подслизистом слое ОКТ обнаруживает кровеносные сосуды, наполненные кровью т.к. обратное рассеяние от последних существенно ниже, чем от волокнистой соединительной ткани. Слизистые железы также обнаруживаются как слабо рассеивающие тени, однако их границы существенно менее отчетливы.
Если слизистая оболочка покрыта однослойным эпителием, а базальная мембрана имеет извитой ход, образуя железы или крипты (желудок, толстая кишка), то, не имея в этих случаях возможности определить точную форму базальной мембраны, ОКТ отчетливо дифференцирует железистую слизистую от подслизистого слоя, что становится решающим для диагностики TI стадии paка, различных типов полипов и воспалительных процессов.
Известно, что патологические реакции, лежащие в основе подавляющего большинства болезней человека, универсальны. Общими являются как ответ отдельных клеток на внутренний или внешний стимул (атрофия, гипертрофия (гиперплазия), метаплазия, неоплазия), так и реакции, реализующиеся на тканевом, органном и организменном уровне (воспаление, некроз, опухолевый рост, дистрофия, нарушение кровообращения, компенсаторно-приспособительные реакции. ОСТ исследования, проведенные нами в различных клинических областях (гастроэнтерологии, урологии, ларингологии, гинекологии, и др.) показали существование ряда универсальных оптических феноменов, соответствующих структурным изменениям разного рода и отражающие их.
ОКТ способна уловить изменение высоты эпителия при его атрофии и гипертрофии без изменения нормального хода базальной мембраны, что сохраняет контрастную двуслойную оптическую структуру слизистых. Процесс гипертрофии с акантозом и папилломатозом изменяет не только высоту эпителия, но ход базальной мембраны (делая его извитым) и оптические свойства измененного эпителия (увеличивая уровень его обратного рассеяния). Все это уменьшает котрастность слоистого изображения слизистых оболочек. Важно отметить, что описанные доброкачественные изменения эпителия сохраняют слоистую оптическую архитектуру слизистой оболочки.
Известно, что такая неспецифическая реакция организма как воспаление имеет общие морфологические черты вне зависимости от органа, в котором оно развивается и от причин, его вызвавших. К ним могут быть отнесены отек и клеточная инфильтрация в его активной фазе и склероз как исход процесса (13,14). Метод ОКТ позволяет обнаружить в соединительнотканной строме слизистых оболочек изменения, хаpaктерные для воспаления.
Поставляемая ОКТ информация о строении объекта может быть использована для обнаружения опухолей, изменяющих или нарушающих структуру тканей. ОКТ способна обнаружить некоторые особенности эпителиальной малигнизации на уровне архитектуры ткани, такие как аномальная концентрация клеток, приводящая к потере ориентации эпителия и стромы. Микроинвазивный paк, хаpaктеризующийся изменениями оптических свойств эпителия и стромы, лишает ОКТ изображение упорядоченной контрастной структуры, а инвазивный paк визуализируется в виде яркого гомогенного изображения с малой глубиной.
Расширение диагностических возможностей метода ОКТ может быть достигнуто с помощью действия на слизистые оболочки дополнительных факторов. Такие вещества, как глицерин, пропиленгликоль и т.п. при локальном их применении, позволяют получать более контрастное и глубокое изображение слизистых при ОКТ-исследовании в силу изменения оптических свойств биологических тканей. Дозированное прижатие объекта упорядочивает в горизонтальной плоскости расположение структурных компонентов слизистых, что приводит к усилению полезного сигнала обратного рассеивания, и позволяет получить дополнительную информацию о состоянии слизистой оболочки. Эти исследования могут способствовать уточнению стадии злокачественных процессов внутренних полых органов по оценке состояния базальной мембраны, определению истинных размеров опухоли, направленному проведению прицельной биопсии и интраоперционного мониторинга границ резекции опухоли.
Литература:
- Shung K. K., Smith M. B., Tsui B.M.W. Principles of Medical Imaging, Academic Press, San Diego, 1992, 289 p.
- Bronzino J. The Biomedical Engineering Handbook.: CRC Press, IEEE Press; 2000.
- Tadrous P.J. Methods for imaging the structure and function of living tissues and cells:3. Confocal microscopy and micro-radiology. Journal of Pathology 2000;191:345 -354.
- Huang D., Swanson E.A., Lin C.P., Schuman J.S., Stinson W.G., Chang W., et al. Optical Coherence Tomography. Science 1991;254:1178 -1181.
- Drezek R., Zuluaga A.F., Richards-Kortum R.R. Relationship Between Tissue Microscopic Structure and Scattering Properties: Implications for OCT Imaging. In: Bouma BE, Tearney GJ, editors. Handbook of Optical Coherence Tomography. New York Basel: Marcel Dekker, Inc.; 2002. p. 445 -470.
- Feldchtein F.I., Gelikonov G.V., Gelikonov V.M., Kuranov R.V., Sergeev A.M., Gladkova N.D., et al. Endoscopic applications of optical coherence to mography. Optics Express 1998;3(6):257 -269.
- Sergeev A.M., Gelikonov V.M., Gelikonov G.V., Feldchtein F.I., Kuranov R.V., Gladkova N.D., et al. In vivo endoscopic OCT imaging of precancer and cancer states of human mucosa. Optics Express 1997;1(13):432-440.
- Shakhova N.M., Kuznetzova I.A., Gladkova N.D., Snopova L. B., Pochinko V.V., Chumakov Yu.P., Gelikonov G.V., Gelikonov V.M., Feldchtein F.I., Kuranov R.V., Sergeev A.M. Endoscopic OCT for imaging of uterine body and cervix pathologies. Proc SPIE, 1998.
- Gelikonov G.V., Gelikonov V.M., Sergeev A.M., Feldchtein F. I., Kuranov R.V., Gladkova N.D., Shakhova N.M., Snopova L.B., Kuznetzova I.A., Pochinko V.V., Chumakov Yu.P. In vivo Imaging of Human Internal Organs with an Integrated Endoscopic OCT System. OSA TOPS on Advances in Optical Imaging and Photon Migration, 1998.
- Bouma B.E., Tearney G.J. Clinical imaging with optical coherence tomography. Academic Radiology 2002;9(8):942-953.
- Gladkova N.D., Petrova G.A., Nikulin N.K., Radenska-Lopovok S.G., Snopova L.B., Chumakov Y.P., et al. In vivo optical coherence tomography imaging of human skin: norm and pathology. Skin Res Technol 2000;6(1):6-16.
- Gelikonov V.M., Gelikonov G.V., Gladkova N.D., Leonov V.I., Feldchtein F.I., Sergeev A.M., et al., inventors; Optical Coherence Technologies, Inc., Cleveland, Ohio, assignee. Optical fiber interferometer and piezoelectric modulator. USA patent 5835642. 1998 Nov. 10, 1998.
- Воспаление /Под редакцией В.В.Серова, В.С. Паукова. М.: Медицина,1995. 640с.
- Чернух А.М. Воспаление. М: Наука, 1979, 448с.
Статья в формате PDF
106 KB...
06 09 2026 3:59:37
Статья в формате PDF
261 KB...
05 09 2026 10:59:47
Статья в формате PDF
101 KB...
04 09 2026 21:15:11
Статья в формате PDF
269 KB...
03 09 2026 21:11:55
Статья в формате PDF
109 KB...
02 09 2026 20:46:59
01 09 2026 23:23:15
Статья в формате PDF
236 KB...
31 08 2026 11:34:52
Статья в формате PDF
101 KB...
30 08 2026 4:26:29
Статья в формате PDF
254 KB...
29 08 2026 3:44:45
Статья в формате PDF
216 KB...
28 08 2026 7:33:44
Статья в формате PDF
116 KB...
27 08 2026 16:57:28
Статья в формате PDF
115 KB...
26 08 2026 20:57:46
Статья в формате PDF
113 KB...
25 08 2026 17:51:34
Статья в формате PDF
308 KB...
24 08 2026 2:23:21
Статья в формате PDF
296 KB...
23 08 2026 3:44:17
Статья в формате PDF
253 KB...
22 08 2026 4:13:19
Статья в формате PDF
220 KB...
21 08 2026 19:19:29
Статья в формате PDF
110 KB...
20 08 2026 23:22:54
Статья в формате PDF
339 KB...
19 08 2026 17:39:18
18 08 2026 19:40:43
Статья в формате PDF
262 KB...
17 08 2026 8:27:35
Статья в формате PDF
273 KB...
16 08 2026 12:23:57
Статья в формате PDF
124 KB...
15 08 2026 9:22:38
Статья в формате PDF
101 KB...
14 08 2026 22:43:12
Статья в формате PDF
108 KB...
13 08 2026 9:49:10
Исследованы количество клеток и клеточный состав крови и кроветворных органов мелких млекопитающих (Mus musculus, Apodemus sylvaticus, Clethrionomys rutilus) с территорий, подвергшихся радиационному влиянию (Восточно-Уральский радиоактивный след, Свердловская область, Тоцкий радиоактивный след, Оренбургская область). Установлены изменения состава и структуры клеток крови, клеточного состава и концентрации клеток кроветворной ткани в зависимости от вида животных и места их обитания. Влияние на организм мышей и полевок радиационного фактора среды подтверждает обнаружение в тушках животных радионуклидов.
...
12 08 2026 2:23:45
Статья в формате PDF
258 KB...
11 08 2026 14:24:59
Статья в формате PDF
379 KB...
09 08 2026 11:47:58
Статья в формате PDF
251 KB...
08 08 2026 10:35:25
Все более актуальной в настоящее время становится проблема прогнозирования динамики развития региональных лесных комплексов. В качестве одного из этапов исследований по этой теме автором в содружестве с Гринпис России был выполнен описанный в статье проект. В рамках проекта разработана экономико-математическая модель. Последующая реализация модели на компьютере с использованием реальных данных показала ее эффективность для решения задач прогнозирования лесной отрасли. В качестве региона для апробации модели был выбран Санкт-Петербург и область, где влияние человека на окружающую среду в последнее время существенно возросло. Проведенная на основе статистических тестов верификация модели показала ее соответствие реальности. С целью апробации модели были сформированы два сценария с различными значениями показателей внешнего воздействия на региональную систему лесного комплекса. В результате, после имитации были получены основные параметры регионального лесного комплекса, соответствующие двум сценариям.
...
07 08 2026 3:54:31
Статья в формате PDF
121 KB...
06 08 2026 15:43:37
Статья в формате PDF
107 KB...
05 08 2026 15:55:20
Статья в формате PDF
139 KB...
04 08 2026 9:41:48
Статья в формате PDF
112 KB...
03 08 2026 6:58:53
Статья в формате PDF
114 KB...
01 08 2026 11:31:12
Статья в формате PDF 106 KB...
31 07 2026 13:55:48
Статья в формате PDF
255 KB...
30 07 2026 10:17:14
Статья в формате PDF
107 KB...
29 07 2026 1:14:20
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::