Preview

Регионарное кровообращение и микроциркуляция

Расширенный поиск

Методы оптической биопсии и их перспективы применения для интраоперационного анализа тканевого метаболизма и микроциркуляции крови в мини-инвазивной хирургии

https://doi.org/10.24884/1682-6655-2018-17-3-71-79

Полный текст:

Аннотация

Статья представляет собой обзор различных методов и подходов, используемых в настоящее время в рамках понятия «оптическая биопсия» при исследовании перфузии кровью и метаболизма тканей внутренних органов человека. Целью являлось изучение особенностей и областей применения данных методов и оценка возможностей дальнейшего приложения для задач интраоперационного получения данных в мини-инвазивной хирургии органов гепатопанкреатодуоденальной зоны. Предварительные экспериментальные исследования были проведены методом флуоресцентной спектроскопии при патологиях общего желчного протока, желчного пузыря и печени. Полученные в работе данные показывают перспективы применения данного метода, а также послужат основой дальнейших исследований с целью получения дополнительных диагностических критериев.

Об авторах

К. Ю. Кандурова
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Орловский государственный университет имени И. С. Тургенева»
Россия


В. В. Дрёмин
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Орловский государственный университет имени И. С. Тургенева»
Россия


Е. А. Жеребцов
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Орловский государственный университет имени И. С. Тургенева»; Aston University
Россия


А. Л. Альянов
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Орловский государственный университет имени И. С. Тургенева»; Бюджетное учреждение здравоохранения Орловской области «Орловская областная клиническая больница»
Россия


А. В. Мамошин
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Орловский государственный университет имени И. С. Тургенева»; Бюджетное учреждение здравоохранения Орловской области «Орловская областная клиническая больница»
Россия


Е. В. Потапова
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Орловский государственный университет имени И. С. Тургенева»
Россия


А. В. Дунаев
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Орловский государственный университет имени И. С. Тургенева»
Россия


В. Ф. Мурадян
Бюджетное учреждение здравоохранения Орловской области «Орловская областная клиническая больница»
Россия


В. В. Сидоров
OOO НПП «ЛАЗМА»
Россия


А. И. Крупаткин
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии имени Н. Н. Приорова»
Россия


Список литературы

1. Арутюнян А. В., Черданцев Д. В., Салмин В. В. и др. Интраоперационная лазер-индуцированная флуоресцентная спектроскопия при экспериментальном панкреатите // Сибир. мед. обозрение. - 2012 - № 5. - С. 20-24. [Arutyunyan AV, Cherdantsev DV Salmin VV, et al. Intraoperative laser-induced fluorescence spectroscopy in experimental pancreatitis. Sibirskoye meditsinskoye obozreniye. 2012;5:20-24 (In Russ.)].

2. Волков И. А., Фриго Н. В., Знаменская Л. Ф. и др. Применение конфокальной лазерной сканирующей микроскопии в биологии и медицине // Вестн. дерматол. и венерол. - 2014. - № 1. - С. 17-24. doi: 10.25208/0042-4609-2014-0-1-3-13. [Volkov IA, Frigo NV Znamenskaya LF i dr. Application of Confocal Laser Scanning Microscopy in Biology and Medicine. Vestnik dermatologii i venerologii. 2014;(1):17-24 (In Russ.)].

3. Ганиева Д. К. Патология гепатопанкреатодуоденальной системы и факторы риска ее развития // Молодой ученый. - 2016. - № 22. - С. 97-99 [Ganieva DK. Pathology of hepatopancreatoduodenal system and risk factors for its development. Molodoy uchenyy. 2016;22: 97-99 (In Russ.)].

4. Ермолов А. С. и др. Диагностика и лечение острого панкреатита. - М.: Видар, 2013. [Ermolov AS, et al. Diagnostika i lechenie ostrogo pankreatita. M.: Vidar, 2013 (In Russ.)].

5. Тучин В. В. Лазеры и волоконная оптика в биомедицинских исследованиях. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. [Tuchin VV. Lazery i volokonnaya optika v biomedicinskih issledovaniyah. M.: FIZMATLIT, 2010 (In Russ.)].

6. Тучин В. В. Оптическая медицинская диагностика: в 2 т. Т. 1. - М.: Физматлит, 2007. [Tuchin VV. Opticheskaya medicinskaya diagnostika: v 2 t. T. 1. M.: Fizmatlit, 2007].

7. Дронова О. Б., Третьяков А. А., Мищенко А. Н. и др. Исследование возможностей лазер-индуцированной аутофлуоресценции в диагностике пищевода Барретта // Сибир. онколог. журн. - 2008. - Т. 28 - № 4. - С. 11-16. [Dronova OB, Tretyakov AA, Mishchenko AN, et al. Laser induced autofluorescence of normal and metaplastic epithelium of esophagogastric transition at gastroesophageal reflux disease. Sibirskiy onkologicheskiyzhurnal. 2008;4(28):11-16 (In Russ.)].

8. Andrews PM, Wang HW, Guo H, et al. Optical coherence tomography of the aging kidney. Experimental and Clinical Transplantation 2016;14(6):617-622. doi:10.6002/ect. 2015.0212.

9. Apolikhina LA, Denisova ED, Bulgakova NN, Kuzmin SG, Vorozhtsov GN. Fluorescence detection and photodynamic therapy of human papilloma virus associated diseases of female genital organs. Proceedings of the 6th International Congress of the World Association of Laser Therapy, 2006:59-61.

10. Bartolome F, Abramov AY. Measurement of mitochondrial NADH and FAD autofluorescence in live cells. Methods Molecular Biology, 2015:1264:263-270.

11. Bulgakova NN, Kazachkina NI, Sokolov VV, et al. Local fluorescence spectroscopy and detection of malignancies using laser excitation at various wavelengths. Laser Physics 2006;16(5):889-895. doi:10.1134/S1054660X06050227.

12. Bulgakova N, Sokolov V, Telegina L, et al. Study of laser-induced autofluorescence emission spectra from normal and malignant bronchial epithelium. Photonics and Lasers in Medicine 2013;2(2):93-99. doi:10.1134/S1054660X06050227.

13. Bulgakova N, Ulijanov R, Vereschagin K, et al. In vivo local fluorescence spectroscopy in PDD of superficial bladder cancer. Medical Laser Application 2009;24(4):247-255. doi: 10.1134/S1054660X06050227.

14. Buchner AM, Wallace MB. Endomicroscopy and Molecular Tools to Evaluate Inflammatory Bowel Disease. Gastrointestinal Endoscopy Clinics of North America 2016; 26(4):657-668. doi: 10.1016/j.giec.2016.06.002.

15. Chance B, Williams GR. Respiratory enzymes in oxidative phosphorylation. I. Kinetics of oxygen utilization. The Journal of biological chemistry. 1955;217(1):383-393.

16. Chance B, Williamson JR, Jamieson D, et al. Properties and kinetics of reduced pyridine nucleotide fluorescence of the isolated and in vivo rat heart. Biochem J 1965;341:357-377.

17. Costello FE. Optical coherence tomography technologies: Which machine do you want to own? Journal of Neuro Ophthalmology 2014;34(SUPPL.3):3-9. doi: 10.1097/WNO.0000000000000161.

18. De Los Santos C, Chang CW, Mycek MA, et al. FRAP, FLIM, and FRET: Detection and analysis of cellular dynamics on a molecular scale using fluorescence microscopy. Molecular Reproduction and Development 2015;82(7-8):587-604. doi: 10.1002/mrd.22501.

19. Dremin VV, Dunaev AV. How the melanin concentration in the skin affects the fluorescence-spectroscopy signal formation. Journal of Optical Technology (A Translation of Opticheskii Zhurnal) 2016;83(1):43-48. doi: 10.1364/JOT.83.000043.

20. Dremin VV, Zherebtsov EA, Rafailov IE, et al. The development of attenuation compensation models of fluorescence spectroscopy signals. 2015. Proceedings Vol. 9917, Saratov Fall Meeting 2015: Third International Symposium on Optics and Biophotonics and Seventh Finnish-Russian Photonics and Laser Symposium (PALS); 99170Y. doi: 10.1117/12.2229451.

21. Dremin VV, Zherebtsov EA, Sidorov VV, et al. Multimodal optical measurement for study of lower limb tissue viability in patients with diabetes mellitus. Journal of Biomedical Optics 2017;22(8). doi: 10.1117/1.JBO.22.8.085003.

22. Dunaev AV, Dremin VV, Zherebtsov EA, et al. Individual variability analysis of fluorescence parameters measured in skin with different levels of nutritive bloodflow. Medical Engineering and Physics. 2015;37(6):574-583. doi: 10.1016/j.medengphy.2015.03.011.

23. Eriksson S, Nilsson J, Lindell G, et al. Laser speckle contrast imaging for intraoperative assessment of liver microcirculation: A clinical pilot study. Medical Devices: Evidence and Research 2014;7(1):257-261. doi: 10.2147/MDER.S63393.

24. Fercher AF, Briers JD. Flow visualization by means of single-exposure speckle photography. Optics Communications 1981;37(5):326-330. doi: 10.1016/0030-4018(81)90428-4.

25. Fujiwara T, Kono S, Katakura K, et al. Evaluation of Brain Activity Using Near-infrared Spectroscopy in Inflammatory Bowel Disease Patients. Scientific Reports 2018;8(1). doi: 10.1038/s41598-017-18897-4.

26. Georgakoudi I, Feld MS. The combined use of fluorescence, reflectance, and light-scattering spectroscopy for evaluating dysplasia in Barrett’s esophagus. Gastrointestinal Endoscopy Clinics of North America 2004;14(3):519-537. doi: 10.1016/j.giec.2004.03.008.

27. Georgakoudi I, Jacobson BC, Van Dam J, et al. Fluorescence, reflectance, and light-scattering spectroscopy for evaluating dysplasia in patients with Barrett’s esophagus. Gastroenterology 2001;120(7):1620-1629. doi: 10.1053/gast.2001.24842.

28. Ilic M, Ilic I. Epidemiology of pancreatic cancer. World Journal of Gastroenterology 2016;22(44):9694-9705. doi: 10.3748/wjg.v22.i44.9694.

29. Kandurova K, Dremin V, Alyanov A, et al. Possibilities of application of fluorescence spectroscopy in minimally invasive surgery for analysis of abdominal cavity organs parhological processes. Book of Abstracts - Summer School on Optics & Photonics, 2017:46.

30. Lee SY, Lloyd WR, Chandra M, et al. Characterizing human pancreatic cancer precursor using quantitative tissue optical spectroscopy. Biomedical Optics Express 2013;4(12):2828-2834. doi: 10.1364/BOE.4.002828.

31. Lister T, Wright PA, Chappell PH. Optical properties of human skin. Journal of Biomedical Optics 2012;17(9). doi: 10.1117/1.JBO.17.9.090901.

32. Lopez JJ, Arain SA, Madder R, Parekh N, Shroff AR, Westerhausen D. Techniques and best practices for Optical coherence tomography: A practical manual for interventional cardiologists. Catheterization and Cardiovascular Interventions 2014;84(5):687-699. doi:10.1002/ccd.25500.

33. Mayevsky A. Mitochondrial function in vivo evaluated by NADH fluorescence. 2015: 1-276.

34. Mayevsky A, Chance B. Oxidation-reduction states of NADH in vivo: From animals to clinical use. Mitochondrion 2007;7(5):330-339. doi: 10.1016/j.mito.2007.05.001.

35. Pantanowitz L, Preffer F, Wilbur DC. Advanced imaging technology applications in cytology. Diagnostic Cytopathology 2018. doi: 10.1002/dc.23898.

36. Parthasarathy AB, Weber EL, Richards LM, et al. Laser speckle contrast imaging of cerebral bloodflow in humans during neurosurgery: A pilot clinical study. Journal of Biomedical Optics 2010;15(6). doi: 10.1117/1.3526368.

37. Potapova EV, Dremin VV, Zherebtsov EA, et al. Evaluation of microcirculatory disturbances in patients with rheumatic diseases by the method of diffuse reflectance spectroscopy. Human Physiology 2017;43(2):222-228. doi: 10.1134/S036211971702013X.

38. Rusakov IG, Sokolov VV, Bulgakova NN, et al. Fluorescent diagnostic methods and superficial cancer of the urinary bladder: current status. Urologiia (Moscow, Russia : 1999) 2008(3):67-68, 70-72.

39. Saito H, Ishikawa T, Tanabe J, et al. Bedside assessment of regional cerebral perfusion using near-infrared spectroscopy and indocyanine green in patients with atherosclerotic occlusive disease. Scientific Reports 2018;8(1). doi: 10.1038/s41598-018-19668-5.

40. Salmin VV, Lazarenko VI, Salmina AB, et al. Diagnosis of corneal pathology by laser fluorescence spectroscopy. Journal of Applied Spectroscopy 2012;79(4):626-631. doi: 10.1007/s10812-012-9649-4.

41. Shaffer EA. Epidemiology and risk factors for gallstone disease: Has the paradigm changed in the 21st century? Current Gastroenterology Reports 2005;7(2):132-140. doi: 10.1007/s11894-005-0051-8.

42. Sherwinter DA. Identification of Anomolous Biliary Anatomy Using Near-Infrared Cholangiography. Journal of Gastrointestinal Surgery 2012;16(9):1814-1815. doi: 10.1007/s11605-012-1945-z.

43. Shi H, Sun N, Mayevsky A, et al. Early identification of acute hypoxia based on brain NADH fluorescence and cerebral blood flow. Journal of Innovative Optical Health Sciences 2014;7(2). doi: 10.1142/S1793545814500333.

44. Tsai FC, Huang YT, Chang LY, et al. Pyogenic liver abscess as endemic disease, Taiwan. Emerging Infectious Diseases 2008;14(10):1592-1600. doi: 10.3201/eid1410.071254.

45. Tsai MT, Tsai TY, Shen SC, et al. Evaluation of laser-assisted trans-nail drug delivery with optical coherence tomography. Sensors (Switzerland) 2016;16(12). doi: 10.3390/s16122111.

46. Wang TD, Van Dam J. Optical biopsy: A new frontier in endoscopic detection and diagnosis. Clinical Gastroenterology and Hepatology 2004;2(9):744-753. doi: 10.1016/S1542-3565(04)00345-3.

47. Wessels R, De Bruin DM, Faber DJ, et al. Optical biopsy of epithelial cancers by optical coherence tomography (OCT). Lasers in Medical Science 2014;29(3):1297-1305. doi: 10.1007/s10103-013-1291-8.

48. Zarrinpar A, Dutson EP, Mobley C, et al. Intraoperative Laparoscopic Near-Infrared Fluorescence Cholangiography to Facilitate Anatomical Identification: When to Give Indocyanine Green and How Much. Surgical Innovation. 2016; 23(4):360-365. doi: 10.1177/1553350616637671.

49. Zhang L, Pleskow DK, Turzhitsky V, et al. Light scattering spectroscopy identifies the malignant potential of pancreatic cysts during endoscopy. Nature Biomedical Engineering. 2017;1(4). doi: 10.1038/s41551-017-0040.

50. Zherebtsov E, Dremin V, Zharkikh E, et al. Fibre-optic probe for fluorescence diagnostics with blood influence compensation. 2018. Proceedings Volume 10493, Dynamics and Fluctuations in Biomedical Photonics XV; 104931L. doi: 10.1117/12.2290431.

51. Zherebtsov EA, Kandurova KY, Seryogina ES, et al. The influence of local pressure on evaluation parameters of skin blood perfusion and fluorescence. 2017. Progress in Biomedical Optics and Imaging - Proceedings of SPIE 10336,1033608. doi: 10.1117/12.2267957.


Для цитирования:


Кандурова К.Ю., Дрёмин В.В., Жеребцов Е.А., Альянов А.Л., Мамошин А.В., Потапова Е.В., Дунаев А.В., Мурадян В.Ф., Сидоров В.В., Крупаткин А.И. Методы оптической биопсии и их перспективы применения для интраоперационного анализа тканевого метаболизма и микроциркуляции крови в мини-инвазивной хирургии. Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2018;17(3):71-79. https://doi.org/10.24884/1682-6655-2018-17-3-71-79

For citation:


Kandurova K.Y., Dremin V.V., Zherebtsov E.A., Alyanov A.L., Mamoshin A.V., Potapova E.V., Dunaev A.V., Muradyan V.F., Sidorov V.V., Krupatkin A.I. Optical biopsy methods and their prospects of application for intraoperative analysis of tissue metabolism and blood microcirculation in minimally invasive surgery. Regional blood circulation and microcirculation. 2018;17(3):71-79. (In Russ.) https://doi.org/10.24884/1682-6655-2018-17-3-71-79

Просмотров: 254


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1682-6655 (Print)