Е.В. Потапова1

1 Научно-технологический центр биомедицинской фотоники
ФГБОУ ВО «ОГУ имени И.С. Тургенева» (г. Орел, Россия)
1 potapova_ev_ogu@mail.ru

Постановка проблемы. Развитие современных технологий, тенденции к снижению травматичности и объема хирургических вмешательств создали предпосылки к интенсивному внедрению и широкому применению малоинвазивной хирургии. При всех своих преимуществах малоинвазивные хирургические вмешательства имеют ряд особенностей, в первую очередь связанных с ограниченным доступом к органу. Это определяет потребность в совершенствовании и расширении спектра технологий, используемых в малоинвазивной хирургии для получения дополнительной диагностической информации о функциональном состоянии биологических тканей.

Цель. Разработка биотехнической системы (БТС) интраоперационной диагностики перфузионно-метаболических параметров биотканей при малоинвазивных хирургических вмешательствах на основе методов оптической диагностики, позволяющей обеспечивать хирургов дополнительной диагностической информацией о состоянии органов и тканей в режиме реального времени.

Результаты. Проведено научное обоснование возможности интраоперационной оценки перфузионно-метаболических нарушений биологических тканей с помощью методов оптической диагностики. Разработана формализованная схема БТС интраоперационной диагностики перфузионно-метаболических параметров биотканей. Описаны оптоволоконные зонды различной конструкции, совместимые с инструментами для малоинвазивных хирургических вмешательств. Приведен пример реализации интраоперационной оптической диагностики в гинекологии на основе разработанной БТС.

Практическая значимость. Предложенная и описанная в работе концепция построения БТС интраоперационной диагностики перфузионно-метаболических параметров биотканей является основой для создания систем медицинского назначения нового поколения, обеспечивающих возможность получения достоверных диагностических данных в условиях ограниченного доступа к биотканям, связанных с особенностями проведения малоинвазивных хирургических вмешательств, и позволяет повысить качество и безопасность оказания хирургической помощи.

Потапова Е.В. Разработка биотехнической системы интраоперационной диагностики перфузионно-метаболических параметров биотканей при малоинвазивных хирургических вмешательствах // Биомедицинская радиоэлектроника. 2024. T. 27. № 5. С. 5−16. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604136-202405-01

1. Schlich T., Tang C.L. Patient choice and the history of minimally invasive surgery // The Lancet. 2016. V. 388. № 10052. P. 1369–1370.
2. Дунаев А.В. Метод и устройство оценки функционального состояния микроциркуляторно-тканевых систем организма человека на основе мультипараметрической оптической диагностики // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2020. Т. 23. № 4. С. 77–91.
3. Tuchin V.V, Popp J., Zakharov V. Multimodal optical diagnostics of cancer. Springer Cham. 2020. 597 p.
4. Tuchin V.V. Handbook of optical biomedical diagnostics, Second Edition: Methods. SPIE – The International Society for Optical Engineering. 2016. 642 p.
5. Kim J.A., Wales D.J., Yang G.-Z. Optical spectroscopy for in vivo medical diagnosis – a review of the state of the art and future perspectives // Progress in Biomedical Engineering. 2020. V. 2. № 4. P. 42001.
6. Жеребцов Е.А., Дрёмин В.В., Жеребцова А.И., Потапова Е.В., Дунаев А.В. Флуоресцентная диагностика митохондриальной функции в эпителиальных тканях in vivo: монография. Орел: ОГУ имени И.С. Тургенева. 2018. 107 с.
7. Suhling K., French P.M.W., Phillips D. Time-resolved fluorescence microscopy // Photochemical & Photobiological Sciences. 2005. V. 4. № 1. P. 13–22.
8. Bird D.K., Yan L., Vrotsos K.M., Eliceiri K.W., Vaughan E.M., Keely P.J., White J.G., Ramanujam N. Metabolic mapping of MCF10A human breast cells via multiphoton fluorescence lifetime imaging of the coenzyme NADH // Cancer Research. 2005. V. 65. № 19. P. 8766–8773.
9. Крупаткин А.И., Сидоров В.В. Функциональная диагностика состояния микроциркуляторно-тканевых систем: колебания, информация, нелинейность: руководство для врачей. М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ». 2013. 496 c.
10. Forrester K.R., Tulip J., Leonard C., Stewart C., Bray R.C. A laser speckle imaging technique for measuring tissue perfusion // IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 2004. V. 51. №. 11. P. 2074–2084.
11. Ахутин В.М., Лурье О.Б., Немирко А.П., Попечителев Е.П. Теория и проектирование диагностической электронно-меди­цинской аппаратуры. Л.: Изд-во ЛГУ. 1980. 147 с.
12. Ахутин В.М. Биотехнические системы: теория и проектирование. Л.: Изд-во ЛГУ. 1981. 220 с.
13. Дунаев А.В. Принципы построения технических средств мультипараметрической оптической диагностики для оценки функционального состояния микроциркуляторно-тканевых систем // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2020. Т. 344. № 6. С. 131–140.
14. Дунаев А.В. Мультимодальная оптическая диагностика микроциркуляторно-тканевых систем организма человека: моногра­фия. Старый Оскол: ООО «Тонкие наукоемкие технологии». 2022. 440 с.
15. Dunaev A. Multiparameter optical methods and instruments for the diagnostics of human body microcirculatory-tissue systems // In Proceedings of the Saratov Fall Meeting 2020: Optical and Nanotechnologies for Biology and Medicine. SPIE, 2021. V. 11845, P. 20–25.
16. Kandurova K.Y., Sumin D.S., Mamoshin A.V., Potapova E.V. Deconvolution of the fluorescence spectra measured through a needle probe to assess the functional state of the liver // Lasers in Surgery and Medicine. 2023. V. 55. №. 7. P. 690–701.
17. Поленов Н.И., Ярмолинская М.И., Закураева К.А., Крутикова В.Ю., Потапова Е.В., Коган И.Ю., Шенгелия Н.Д. Анализ влияния миом матки с различной локализацией и размерами на перфузионно-метаболические характеристики эндометрия // Журнал акушерства и женских болезней. 2023. Т. 72. № 2. C. 51–62.
18. Kandurova K., Dremin V., Zherebtsov E., Potapova E., Alyanov A., Mamoshin A., Ivanov Y., Borsukov A., Dunaev A. Fiber-optic system for intraoperative study of abdominal organs during minimally invasive surgical interventions // Applied Scien­ces. 2019. V. 9. № 2. P. 217.
19. Zherebtsov E.A., Potapova E.V., Mamoshin A.V., Shupletsov V.V., Kandurova K.Y., Dremin V.V., Abramov A.Y., Dunaev, A.V. Fluorescence lifetime needle optical biopsy discriminates hepatocellular carcinoma // Biomedical Optics Express. 2022. V. 13. № 2. P. 633–646.
20. Dremin V., Potapova E., Zherebtsov E., Kandurova K., Shupletsov V., Alekseyev A., Mamoshin A., Dunaev A. Optical percutaneous needle biopsy of the liver: a pilot animal and clinical study // Scientific Reports. 2020. V. 10. №. 1. P. 14200.
21. Арабачян М.И., Шуплецов В.В., Кириллин М.Ю., Дунаев А.В., Потапова Е.В. Метод оценки местного метаболизма опухолей молочных желез на основе мультимодальной оптической технологии // Онкологический журнал: лучевая диагностика, лучевая терапия. 2024. Т. 7. № 2. С. 37–45.
22. Stefanovska A., Bracic M., Kvernmo H.D. Wavelet analysis of oscillations in the peripheral blood circulation measured by laser Doppler technique // IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 1999. V. 46. № 10. P. 1230–1239.
23. Dunaev A.V., Dremin V.V, Zherebtsov E.A., Rafailov I.E., Litvinova K.S., Palmer S.G., Stewart N.A., Sokolovski S.G., Rafailov E.U. Individual variability analysis of fluorescence parameters measured in skin with different levels of nutritive blood flow // Medical engineering & physics. 2015. V. 37. № 6. P. 574–583.
24. Tinelli A., Favilli A., Lasmar R. B., Mazzon I., Gerli S., Xue X., Malvasi A. The importance of pseudocapsule preservation during hysteroscopic myomectomy // European Journal of Obstetrics & Gynecology and Reproductive Biology. 2019. № 243. P. 179–184.
25. Flake G.P., Moore A.B., Sutton D., Flagler N., Clayton N., Kissling G.E., Hall B.W., Horton J., Walmer D., Robboy S.J. The life cycle of the uterine fibroid myocyte // Current obstetrics and gynecology reports. 2018. V. 2. № 7. P. 97–105.
26. Aleksandrovych V., Bereza T., Sajewicz M., Walocha J., Gil K. Uterine fibroid: common features of widespread tumor (Review article) // Folia Medica Cracoviensia. 2015. V. 55. № 1. P. 61–75.
27. Potapova E., Polenov N., Zakuraeva K., Krutikova V., Yarmolinskaya M., Kogan I. Intraoperative optical diagnostics of uterine microcirculation during myomectomy // Journal of Biomedical Photonics & Engineering. 2023. V. 9. № 1. P. 10307.