Морфологическое обоснование оптической когерентной томографии метода визуализации структур слизистых оболочек > Полезные советы
Тысяча полезных мелочей    

Морфологическое обоснование оптической когерентной томографии метода визуализации структур слизистых оболочек

Морфологическое обоснование оптической когерентной томографии метода визуализации структур слизистых оболочек

Снопова Л.Б. Гладкова Н.Д. Шахова Н.М. Абелевич А.И. Шахов А.В. Терентьева А.Б. Загайнова Е.В. Стрельцова О.С. Кузнецова И.А. Каменский В.А. Статья в формате PDF 128 KB Известные методы диагностики, основанные на получении изображения тканей, такие как рентгеноскопия, рентгеновская компьютерная томография, магнитно-резонансная томография, радионуклидная томография и ультрасонография, позволяют визуализировать структурные особенности тканей в человеческом организме с прострaнcтвенным разрешением 100-1000 мкм [1]. Этого, однако, недостаточно для идентификации многих важных патологических процессов, в частности, ранних неопластических изменений. В последнее время предпринимаются попытки приблизить разрешающую способность методов к клеточному уровню (~10 мкм), что стало возможным для ядерного магнитного резонанса с использованием сильного магнитного поля [2], конфокальной оптической микроскопии [3] и оптической когерентной томографии (ОКТ) (4).

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:

  1. Shung K. K., Smith M. B., Tsui B.M.W. Principles of Medical Imaging, Academic Press, San Diego, 1992, 289 p.
  2. Bronzino J. The Biomedical Engineering Handbook.: CRC Press, IEEE Press; 2000.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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.
  9. 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.
  10. Bouma B.E., Tearney G.J. Clinical imaging with optical coherence tomography. Academic Radiology 2002;9(8):942-953.
  11. 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.
  12. 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.
  13. Воспаление  /Под  редакцией  В.В.Серова, В.С. Паукова. М.: Медицина,1995. 640с.
  14. Чернух А.М. Воспаление. М: Наука, 1979, 448с.


ПЕРВОНАЧАЛЬНОЕ ЗАСЕЛЕНИЕ ЧЕЛОВЕКОМ СРЕДНЕРУССКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ: К ПОСТАНОВКЕ ПРОБЛЕМЫ

ПЕРВОНАЧАЛЬНОЕ ЗАСЕЛЕНИЕ ЧЕЛОВЕКОМ СРЕДНЕРУССКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ: К ПОСТАНОВКЕ ПРОБЛЕМЫ Подвергается сомнению гипотеза о том, что на протяжении ашельской эпохи жители Восточной Европы пpaктически не покидали Кавказ, делая лишь редкие попытки выхода на равнину. Это разительно отличается от миграционного поведения западно- и центрально-европейского населения. Дается хаpaктеристика местонахождений Среднерусской возвышенности, относимых автором к домустьерскому времени раннего палеолита – Зорино, Погребки, Шубное и др. Среднерусская возвышенность могла быть основным путем проникновения древнейших людей в северные широты с Донецкого кряжа и Приазовья. Это связано с ландшафтной обстановкой днепровского и начала микулинского времени, когда в результате таяния ледников значительная часть низменностей Поволжья и Поднепровья оказалась заболочена. Ставится задача поисков стратифицированных ашельских памятников на этой территории. ...

07 07 2026 23:43:47

ДИАЛОГ КУЛЬТУР В XXI ВЕКЕ

ДИАЛОГ КУЛЬТУР В XXI ВЕКЕ Статья в формате PDF 281 KB...

29 06 2026 19:46:37

ГИСТОХИМИЯ NADPH-ДИАФОРАЗЫ РЕПРОДУКТИВНОЙ СИСТЕМЫ САМЦОВ КРЫС В НОРМЕ И ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ФАКТОРОВ

ГИСТОХИМИЯ NADPH-ДИАФОРАЗЫ РЕПРОДУКТИВНОЙ СИСТЕМЫ САМЦОВ КРЫС В НОРМЕ И ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ФАКТОРОВ В центральных и периферических отделах нервной системы, осуществляющих регуляцию копулятивной функции самцов крыс, широко представлены нервные клетки, обладающие активностью NADPH-диафоразы. В переднем гипоталамусе они представлены нейронами двух типов (с высокой и низкой активностью), в боковых рогах тоpaколюмбального отдела спинного мозга – нейронами с высокой активностью фермента. Высокая активность NADPHдиафоразы выявлена также в вегетативных микроганглиях и нервных волокнах наружных и внутренних пoлoвых органов, а также – гладкомышечных элементах кавернозных тел. Активностью фермента в различной степени помимо вышеуказанных отделов обладают интерстициальные клетки семенников, эпителий концевых отделов и протоков простаты, семенных пузырьков, мочевыводящих путей. Под воздействием нeблагоприятных (острый и хронический стресс, острая и хроническая алкогольная и наркотическая интоксикация) отмечено увеличение числа NADPH-реактивных структур и активности фермента в них. ...

28 06 2026 8:43:20

АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА В РОССИИ СЕГОДНЯ

АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА В РОССИИ СЕГОДНЯ Статья в формате PDF 87 KB...

22 06 2026 11:38:24

ЧЕСТЬ КАК КАТЕГОРИЯ ПРАВА, ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ ОСНОВА ЕГО СОБЛЮДЕНИЯ

ЧЕСТЬ КАК КАТЕГОРИЯ ПРАВА, ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ ОСНОВА ЕГО СОБЛЮДЕНИЯ Представленная статья посвящена исследованию понятия честь в качестве фундаментальной категории права. В работе отмечено, что основой для соблюдения права, уважения к закону является честь. Данное понятие включает в себя такие качества, как целомудрие и благородство. Основным же назначением государства является защита чести своих граждан. Эта высокая миссия тесно связана с единственной целью государственности как формы человеческого бытия – с содействием духовному возрастанию человека. ...

21 06 2026 2:15:28

ЗЕМЦОВА ВАЛЕНТИНА ИВАНОВНА

ЗЕМЦОВА ВАЛЕНТИНА ИВАНОВНА Статья в формате PDF 344 KB...

17 06 2026 19:27:48

ГАЗОВЫЙ СОСТАВ КРОВИ И СТРЕСС

ГАЗОВЫЙ СОСТАВ КРОВИ И СТРЕСС Статья в формате PDF 262 KB...

10 06 2026 18:41:38

БЫТОВОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ НАСЕЛЕНИЯ В САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ: СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ

БЫТОВОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ НАСЕЛЕНИЯ В САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ: СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ Статья посвящена анализу рынка бытовых услуг Саратовской области. Дается хаpaктеристика объема и структуры потрeбления, места бытовых услуг в системе предпочтений граждан, обеспеченности бытовыми услугами населения городской и сельской местности, анализируется распределение оказывающих бытовые услуги организаций по формам собственности. ...

09 06 2026 2:48:21

ЭКОЛОГО-ПРАВОВЫЕ ПРОБЛЕМЫ КУРОРТНОГО РЕГИОНА КМВ

ЭКОЛОГО-ПРАВОВЫЕ ПРОБЛЕМЫ КУРОРТНОГО РЕГИОНА КМВ Статья в формате PDF 112 KB...

05 06 2026 8:36:29

МОДЕРНИЗАЦИЯ ГРОХОТА С ЭЛЕМЕНТАМИ ДИНАМИЧЕСКОГО СИНТЕЗА

МОДЕРНИЗАЦИЯ ГРОХОТА С ЭЛЕМЕНТАМИ ДИНАМИЧЕСКОГО СИНТЕЗА В статье даны пpaктические рекомендации для проектирования вибратора грохота, который по технологическим соображениям был переведён в режим работы с повышенной частотой вращения и уменьшенной амплитудой. Разработана динамическая схема грохота и предложен алгоритм решения дифференциального уравнения. Короб грохота рассматривался как одномассная система с элементами переменной жесткости опор короба, что позволило определить требуемую возмущающую силу вибратора и величину статического момента массы дeбaлансов при заданных кинематических параметрах. На основе полученных результатов разработана рациональная конструкция дeбaлансов. ...

01 06 2026 13:13:27

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 ::