Инновационная разработка позволяет визуализировать кровоток в глубоких сосудах
Российские ученые разработали инновационный подход, обеспечивающий визуализацию кровеносных сосудов, расположенных под кожей и другими тканями, без инвазивного вмешательства. Новый метод преодолевает значительные ограничения традиционных технологий и позволяет проводить оценку кровотока с беспрецедентной для глубоких сосудов точностью – до 96%. Возможность наблюдать и контролировать кровоток в сложных условиях открывает новые горизонты в нейрохирургии, трансплантации и диагностике сосудистой патологии, где высокая точность мониторинга кровотока имеет решающее значение.
В основе предложенного подхода — усовершенствованный вариант лазерной спекл-визуализации (ЛСВ), при которой изображение, полученное с помощью обратно рассеянного лазерного излучения (спекл), используется, чтобы отличить движущиеся объекты (красные кровяные тельца) от неподвижных объектов (окружающая биоткань). Это дает возможность визуализировать кровеносные микрососуды.
Одним из ключевых применений ЛСВ в медицине является хирургия, где визуализация микроциркуляции крови играет решающую роль в оценке жизнеспособности тканей. Например, во время процедур по пересадке органов или тканей визуализация кровотока в реальном времени позволяет хирургам своевременно выявлять потенциальные проблемы прохождения жидкости через кровеносную или лимфатическую систему к органу или ткани. В зависимости от ситуации медики корректируют положение лоскута или пересматривают хирургический подход. В нейрохирургии ЛСВ — особенно ценный диагностический инструмент, он позволяет визуализировать микроциркуляцию крови в мозге во время операции.
Традиционная ЛСВ хорошо работает для визуализации поверхностных сосудов и широко используется благодаря своей доступности и простоте. Но когда сосуды скрыты под слоями тканей, например под эпидермисом или костной тканью черепа, возникают определенные трудности. Так, наличие статического рассеивающего слоя над кровеносным сосудом неизбежно влияет на спекл-сигнал от сосуда. Это приводит к снижению контрастности и разрешения «картинки» и затрудняет обнаружение кровотока. Чтобы преодолеть эти ограничения, авторы исследования разделили спекл-паттерны на статические и динамические компоненты рассеянного лазерного света.
«С помощью нового подхода мы научились «фильтровать» сигналы, отделяя полезную информацию о кровотоке от статического фонового шума биотканей, где кровоток отсутствует. Это повышает четкость изображения и позволяет точно оценить скорость кровотока даже в сложных условиях. При этом новый метод сохраняет все преимущества традиционной лазерной спекл-контрастной визуализации (ЛСКВ): простоту, экономичность и отсутствие необходимости модифицировать оптические схемы», – рассказала один из авторов разработки, профессор кафедры оптики и биофотоники СГУ и главный научный сотрудник лаборатории лазерного молекулярного имиджинга и машинного обучения ТГУ, доктор физико-математических наук Элина Генина.
Метод протестировали на оптических фантомах, имитирующих биологические ткани, и на живых лабораторных мышах. Эксперименты и исследования in vivo на ухе лабораторной мыши показали, что четкость изображений сосудов по сравнению с традиционными подходами значительно улучшилась. Эти результаты подтверждают надежность и потенциал метода для клинического использования.
Ученые планируют продолжить исследования, чтобы адаптировать технологию для оценки изменений микроциркуляции крови при развитии сахарного диабета, визуализации мозгового кровотока и сосудов опухоли. По мнению авторов, в перспективе этот метод может лечь в основу новых медицинских приборов, которые позволят врачам получать четкие изображения сосудов без инвазивных вмешательств.
В исследовании приняли участие сотрудники Томского государственного университета, Саратовского государственного университета, Первого Московского государственного медицинского университета им. И.М. Сеченова, Национального исследовательского университета «МИЭТ», Института клинической медицины им. Н.В. Склифосовского и Научно-исследовательского института нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко.
Работа поддержана грантом РНФ.