Недавние достижения оптической когерентной томографии (ОКТ) в офтальмологии показали огромный интерес к использованию контактных систем, работающих в диапазоне 1 мкм, по сравнению с системами на длине волны 800 нм. Известно, что излучение с длиной волны 1 мкм обладает меньшим отражением и слабее абсорбируется пигментным эпителием сетчатки и пигментированными хориоидальными меланоцитами. Клиническая ценность использования систем с длиной волны 1 мкм была продемонстрирована при визуализации сосудистой оболочки глаза, ретинальной и хориоидальной микроциркуляции и т.п. Изучая разнообразные структуры заднего отдела глаза, можно увеличить специфичность и чувствительность диагностики. С другой стороны, более высокая скорость получения изображений может существенным образом снизить время измерения и артефакты движения, что улучшает комфорт пациентов и качество изображений. В настоящей работе мы сообщаем о недавно разработанной многофункциональной системе 1050-нм спектральной ОКТ для визуализации заднего отдела глаза, работающей при частоте А-сканов 147 кГц. Уникальность системы заключается 1) в способности обеспечивать не только одномоментное изображение всего заднего отдела глаза полностью, но и визуализацию сети кровеносных сосудов сетчатки с бóльшим полем зрения и хорошим качеством изображения по сравнению с прежними спектральными ОКТ-системами; 2) в высокой скорости сканирования, которую ранее не демонстрировали. эксперименты показали, что данная система передает не только превосходные характеристики изображений структуры заднего отдела глаза, но и изображение микроциркуляторной сети сетчатки с высоким разрешением. Сосудистую оболочку глаза в норме или при миопии можно ясно визуализировать посредством всего объeма сканирования. Эти результаты свидетельствуют об огромном потенциале использования данной системы для клинических исследований.
Современные технологии в медицине
2015. — Выпуск 1
Содержание:
Оптическая когерентная томография (ОКТ) - это относительно новый способ визуализации, схожий с ультразвуком, где вместо звуковых волн используются баллистические фотоны. ОКТ создает изображения с высоким пространственным разрешением, которое отражает микронную морфологическую структуру ткани. Ее важное применение - визуализация артериальной стенки и атеросклеротических бляшек. Несмотря на высокое пространственное разрешение, для того чтобы перенести этот способ визуализации в клинические условия, требуются маркеры, которые бы количественно характеризовали физиологическое состояние ткани. Поиск соответствующих маркеров является актуальной темой для многих исследовательских групп. Потенциальный маркер, предложенный исследователями ОКТ, - это оптический коэффициент затухания сигнала. Хотя ОКТ-изображение само по себе предоставляет важную диагностическую и структурную информацию, существуют также и новые методы характеризации тканей, включая количественную обработку ОКТ-сигнала и спектроскопическую ОКТ. Спектроскопическая ОКТ использует спектральный отклик, тогда как количественная обработка ОКТ-сигнала использует неспектральные параметры. В настоящей работе мы изучили два способа оценки зависимости оптического коэффициента затухания сигнала от длины волны. Анализ длины волны дает новое представление о химической природе образца, поскольку обратно рассеянный спектральный сигнал зависит от поглощающих и рассеивающих свойств ткани. В настоящем исследовании мы показали применение ОКТ для количественного и спектрального анализа морфологии нестабильных бляшек на модели кроликов с наследственным гиперлипидемическим инфарктом миокарда Watanabe. Результаты говорят, что спектральную зависимость коэффициента затухания ОКТ-сигнала можно использовать для оценки состояния ткани кровеносных сосудов. Мы продемонстрировали, что спектральная зависимость коэффициента затухания связана с содержанием макрофагов в области атеросклеротической бляшки.
Ключевые слова
Визуально обнаружить атеросклеротические бляшки по изображениям оптической когерентной томографии (ОКТ) не всегда возможно. Мы разработали метод текстурной сегментации для автоматического распознавания атеросклеротической бляшки в ОКТ-изображениях без использования визуальной оценки. Этот метод включает в себя выделение статистических особенностей структуры (метод пространственной матрицы разностей уровня серого - spatial gray level dependence matrix method), применение кластерного алгоритма без учителя (K-means) и картирование скоплений/кластерных участков: фон, бляшка, сосудистая ткань и область ОКТ-деградированного сигнала в пространстве признака, обратно к настоящему изображению. Мы верифицировали достоверность наших результатов с помощью визуального сравнения со снимками сосудистой ткани с атеросклеротической бляшкой, которые использовали для оценки ОКТ-изображений. Полученные данные позволяют рекомендовать разработанный метод для применения в клинических исследованиях при ОКТ-визуализации атеросклеротических бляшек.
Ключевые слова
Зонды с общим оптическим путем очень нужны для оптической когерентной томографии (ОКТ), поскольку они уменьшают сложность и стоимость системы, устраняя необходимость компенсации дисперсии и устройств для контроля поляризации. В данной работе мы демонстрируем основанный на монолитной шаровой линзе зонд с боковым наблюдением, который подходит для систем спектральной ОКТ. Параметры зонда моделировали в программе Zemax, затем данные, полученные при моделировании, сравнивали с результатами экспериментов. Мы оценивали работу зонда, измеряя его эффективность сбора света, разрешающую способность и чувствительность. Результаты показали, что при входной мощности источника в 25 мВт удается достичь чувствительности 100,5 дБ, что на 7 дБ ниже максимально возможной чувствительности, достижимой при использовании системы с раздельными оптическими путями. Обнаружено, что разрешение системы по глубине составляет 15,6 мкм в воздухе, а поперечное разрешение (по уровню 0,5 от максимума) - приблизительно 49 мкм. Оптика зонда собрана в трубке диаметром 1 мм, с внутренним диаметром 500 мкм. Изображения кожи пальца, полученные с использованием этого зонда, продемонстрировали четкую визуализацию рогового слоя, эпидермиса и сосочкового слоя дермы, а также протоков потовых желез.
Ключевые слова
Проблемой оптической когерентной томографии на основе спектрометра является исчезновение интерференционных полос при быстром потоке, что сказывается на качестве визуализации потоков. Решение этой проблемы представляет интерес как для оптической ангиографии без дополнительного контраста, так и для количественного анализа потока. Мы разработали метод, который можно использовать для контраста очень быстрых потоков, поддерживая при этом относительно низкую скорость A-сканов. Метод основан на применении сдвига фазы π во время получения изображений, так что интерференционные полосы, вызванные движением структур образца, восстанавливаются в зависимости от продольной скорости. Это позволяет использовать медленные камеры для измерения быстрых кровотоков внутри больших сосудов в области диска зрительного нерва, сохраняя при этом хорошую чувствительность. Более того, метод можно применять для контрастирования быстро движущихся структур, ослабляя сигналы от статических и медленнее движущихся тканей. Недостатком по-прежнему является узкий скоростной диапазон, который не оптимален для проведения оптической ангиографии всего сосудистого сплетения. Тем не менее метод может быть полезен для наблюдения за быстрой динамикой изменений, например в оптической эластографии. Мы представляем различные варианты этого метода, основанного на внутрикадровой фазовой модуляции, а также на данных последовательного сканирования в A- и B-режимах, которые затем попарно суммируются. Сдвиг фазы π между суммируемыми сканами равноценен фактически вычитанию обоих сканов в комплексном пространстве. Анализ различий комплексного сигнала между последовательными B-сканами позволяет, в частности, контрастировать очень медленные потоки капиллярной сети. Установив теоретические основы, мы демонстрируем контрольно-проверочные измерения с пьезозеркалом, а также измерения сетчатки глаза человека для различных внутрикадровых схем сдвига фазы. Мы показываем способность контрастировать парафовеальные капиллярные структуры, применяя метод дифференциального B-сканирования, и обсуждаем ограничения этого метода. Установлено, что добиться улучшения чувствительности возможно за счет увеличения количества B-сканов, используемых для вычисления отличий сигнала, а также путем увеличения частоты выборки. При визуализации необходимо следить за тем, чтобы общее время измерения оставалось низким, обычно несколько секунд. Метод может зарекомендовать себя как полезный диагностический инструмент, поскольку некоторые заболевания сетчатки глаза проявляются на ранней стадии капиллярных нарушений.
Ключевые слова
Оптическое просветление ткани является быстроразвивающимся методом динамической модификации оптических свойств ткани для увеличения глубины визуализации, что полезно применять при визуализации или функциональной диагностике многих патологических состояний. Оптическое просветление хряща, к примеру, позволяет визуализировать субхондральную кость, что важно при целом ряде ортопедических заболеваний. Однако влияние процессов просветления на упругие свойства ткани пока остается неизученным. В настоящем исследовании мы сообщаем о первом использовании оптической когерентной эластографии с фазовой стабилизацией перестраиваемого источника (ФСПИ ОКЭ) для наблюдения количественных изменений эластичности гиалинового хряща при неинвазивном процессе оптического просветления. Результаты показали, что ФСПИ ОКЭ способен оценивать увеличение жесткости хряща во время процесса просветления и при разной концентрации глюкозы. Кроме того, отмечено, что эластичность хряща восстанавливалась, как только просветляющий агент заменяли физиологическим раствором. Для верификации результатов, полученных при измерениях ФСПИ ОКЭ, мы провели сравнительное механическое испытание с использованием одноосевого механического компрессионного аппарата. Оба метода продемонстрировали одинаковую тенденцию изменения эластичности хряща, погруженного в раствор глюкозы. Данные показывают, что во время перехода от буферизованного фосфатом физиологического раствора к просветляющему агенту жесткость хряща существенно уменьшается, что свидетельствует о том, что просветляющий агент взаимодействует с внеклеточным матриксом хряща и уменьшает эластичность ткани вследствие дегидрации. Следовательно, предлагаемый метод позволяет динамически оценивать влияние оптического просветления и связанных с ним изменений в биохимических свойствах ткани неинвазивно и неразрушающе. Этот способ может быть потенциально полезным при ортопедических исследованиях, таких как раннее обнаружение и мониторинг заболеваний костно-суставной системы.
Ключевые слова
Во многих развивающихся странах мира кольпоскопия с ацетобелением остается самым распространенным способом надежной диагностики дисплазии шейки матки, потенциально приводящей к раку органа. В последние годы ацетобеление применяется также для повышения частоты обнаружения пищевода Барретта. В данной работе мы количественно изучили явление ацетобеления с использованием 1300-нм оптической когерентной томографии. Используя простую модель эпителиальной ткани (удаленная роговица кролика), которую подвергали воздействию 0,5 M уксусной кислоты, мы впервые установили время, в течение которого эффект клеточног беления передается через эпителиальный слой в строму (~50 с), а также количественно измерили эффект клеточного беления (~10 дБ в эпителии). Кроме того, для ацетобеления мы подвергли роговицу кролика воздействию двух контрольных веществ: 0.5 M молочной кислоты и физиологического раствора с фосфатным буфером. По данным оптической когерентной томографии последний не произвел видимых изменений в оптических свойствах роговицы. Однако мы заметили, что молочная кислота (альфа-гидрокислота) вызвала заметное беление в эпителиальном слое, достигнув пика (8 дБ) через 20 с. Главное отличие молочной кислоты от уксусной состояло в отсутствии эффекта в строме роговицы. Это может указывать на потенциальную возможность для оптической когерентной томографии различать клетки эпителиального и фибробластического фенотипа.
Ключевые слова
Оптическая когерентная томография (ОКТ) позволяет наблюдать контраст тканей, обладающих различным коэффициентом упругого обратного рассеяния. ОКТ-технология уже стала золотым стандартом для скрининга патологии сетчатки глаза, и этот метод все чаще используется при сердечно-сосудистых заболеваниях. Возможность применения ОКТ для диагностики эпителиального рака остается не столь очевидной. В настоящем исследовании мы сравнили две разные ОКТ-системы: ОКТ-систему с источником на длине волны 890 нм на основе спектрометра с разрешением по глубине 2,5 мкм и ОКТ-систему на длине волны 1300 нм с перестраиваемым источником и разрешением по глубине 7,5 мкм, чтобы оценить их возможности в определении контраста нормального и диспластического эпителия с подлежащей стромой в тканевых моделях слизистой оболочки полости рта. Тканевые модели слизистой оболочки полости рта, созданные с использованием диспластической клеточной линии (DOK) и линии злокачественных клеток (Cal27) против клеток здорового эпителия, визуализировались обеими ОКТ-платформами и сравнивались по их способности визуализировать толщину и контраст эпителия c подлежащей стромой. Гистологические препараты образцов Cal27 клеток, окрашенные гематоксилин-эозином, подтвердили образование утолщенного слоя ороговевающих эпителиальных жизнеспособных клеток поверх стромы. Ороговевающий эпителий визуализировался как утолщенный слой с высоким сигналом обратного рассеяния над более темной областью стромы при использовании обеих ОКТ-систем. Слой ороговевающего эпителия вызывал резкое падение сигнала при 890 нм, затрудняя визуализацию нижележащих структур, тогда как ОКТ-система на 1300 нм отчетливо визуализировала как эпителиальные клетки, так и нижележащую строму. Гистологические препараты образцов клеток DOK, окрашенные гематоксилин-эозином, подтвердили образование эпителиального слоя, который часто имел морфологию, отличную от нормы, особенно в месте эпидермально-стромального соединения, с такими особенностями как инфильтрация, образование вытянутых эпидермальных тяжей. Все это лучше визуализировалось OCT системой с длиной волны 890 нм. Данные наблюдения показывают, что 890-нм ОКТ сохраняет некоторые из известных преимуществ более высокого контрастирования между анатомическими слоями ткани, когда применяется для наблюдения диспластических и злокачественных трехмерных моделей слизистой оболочки полости рта. Тем не менее, подтверждено, что 1300-нм ОКТ обладает большей способностью визуализировать полную толщину эпителия модели и, в частности, более подходит для визуализации сквозь слой ороговевающего эпителия.
Ключевые слова
Показана возможность определения с помощью оптической когерентной томографии свежести образцов мягких тканей путем анализа их взаимодействия с низкочастотным электрическим полем. Образцы биологических тканей различной свежести были подвержены воздействию электрического тока низкой частоты. Влияние низкочастотного электрического поля на биоткани количественно анализировалось разработанным нами двойным корреляционным методом оптической когерентной томографии. Показано, что взаимодействие электрического поля с биотканью существенным образом зависит от свежести ткани, а значение относительной величины данного взаимодействия, измеряемое двойным корреляционным методом оптической когерентной томографии, увеличивается по мере уменьшения свежести биотканей. Представленный метод имеет большой потенциал использования в исследованиях в области продуктов питания и в том числе для оценки качества мясных продуктов.
Ключевые слова
Одним из наиболее информативных методов неинвазивного исследования сетчатки глаза является оптическая когерентная томография (ОКТ). Этот метод успешно применяется в диагностике диабетической ретинопатии, особенно при наличии диабетического макулярного отека (ДМО). Цель исследования - на основании данных оптической когерентной томографии сетчатки оценить результаты лечения диабетического макулярного отека с использованием лазеркоагуляции тканей глазного дна и интравитреального введения ранибизумаба (Луцентиса). Материалы и методы. Проведено обследование, лечение с динамическим наблюдением 108 пациентов (214 глаз в стадии пролиферативной диабетической ретинопатии с наличием клинически значимого ДМО), из них 68 женщин и 40 мужчин. Пациенты были разделены на три группы в зависимости от срока давности появления ДМО: группа I - до 1 мес (73 глаза), группа II - от 1 до 3 мес (69 глаз), группа III - от 3 мес и более (72 глаза). Внутри каждой группы все пациенты были разделены на подгруппы, которым проводились интравитреальное введение ранибизумаба, лазеркоагуляция тканей глазного дна или комбинированное лечение. Эффективность лечения оценивали по данным ОКТ и визометрии через 5 дней и 1 мес. Результаты. По данным ОКТ сетчатки эффект от интравитреального введения Луцентиса был значительным, но нестойким. При сроке давности ДМО до 1 мес наиболее эффективно комбинированное лечение. При сроке от 1 до 3 и свыше 3 мес и лазерное, и комбинированное лечение являются результативными. Заключение. Выбор оптимального метода лечения зависит от длительности существования диабетического макулярного отека. ОКТ является высокоинформативным методом оценки данного заболевания.
Ключевые слова
Цель исследования - совершенствование дифференциальной диагностики воспалительных заболеваний кишечника на основании комплексной оценки морфологических данных, результатов прижизненной оптической визуализации тканей и иммуногистохимических исследований слизистой оболочки полости рта. Материалы и методы. Изучены морфологические и иммуногистохимические характеристики слизистой оболочки полости рта у 26 больных с болезнью Крона (БК) и у 17 - с язвенным колитом (ЯК). Проведены визуальные сопоставления и количественная оценка изображений кросс-поляризационной оптической когерентной томографии (КП ОКТ) и данных морфологического исследования коллагеновых волокон в поляризационной микроскопии при окрашивании гистологических препаратов пикросириусом красным. Результаты. На основании количественной оценки КП ОКТ-изображений (вычисление интегрального фактора деполяризации) предложен новый объективный дифференциально-диагностический критерий БК и ЯК по состоянию слизистой оболочки полости рта. По результатам иммуногистохимического исследования выявлены наиболее важные показатели, которые могут быть использованы в качестве дифференциально-диагностических критериев БК и ЯК, и создана математическая модель, включающая четыре наиболее значимых признака (площадь окрашивания и степень экспрессии CD16, яркость окрашивания CD31 и степень экспрессии CD57). Определено пороговое значение площади экспрессии триптазы тучных клеток слизистой оболочки щеки, при котором обеспечиваются максимальные показатели точности дифференциальной диагностики БК и ЯК. Операционные характеристики иммуногистохимического метода превышают показатели диагностической эффективности КП ОКТ. Заключение. Учитывая неинвазивность и достаточно высокую диагностическую точность КП ОКТ, рекомендовано использование количественной оценки КП ОКТ-изображений на первом этапе оперативной дифференциальной диагностики заболеваний по состоянию слизистой оболочки полости рта. В случае получения сомнительных результатов целесообразно проведение биопсии слизистой оболочки полости рта с последующим морфологическим и иммуногистохимическим исследованием.
Ключевые слова
Цель исследования - по данным ранее проведенных авторами исследований продемонстрировать целесообразность применения оптической когерентной томографии (ОКТ) для неинвазивной уточняющей диагностики и мониторинга лечения в гинекологической практике у пациенток репродуктивного возраста. Материалы и методы. ОКТ-исследование осуществлялось во время стандартных гинекологических процедур лапароскопии и кольпоскопии, а также на различных этапах фотодинамической терапии шейки матки с использованием установки ОКТ 1300-У («БиоМедТех», Россия). Обследовано 330 пациенток репродуктивного возраста (от 18 до 45 лет). Использованы методы численной обработки ОКТ-изображений, основанные на анализе гистограмм, и вычисления первой производной ОКТ-сигнала по глубине. Результаты. Применение ОКТ с численной обработкой изображений повышает чувствительность диагностики лапароскопии относительно латентных хронических сальпингитов с 43,5 до 96%. При «малых» формах эндометриоза ОКТ может быть использована в качестве замены эксцизионной биопсии для визуализации и верификации эндометриодных гетеротопий. Применение ОКТ при цервикальной интраэпителиальной неоплазии (CIN, неоплазии шейки матки) и ранних формах рака у пациенток репродуктивного возраста позволяет значительно снизить хирургическую агрессию при их диагностике и лечении. Заключение. ОКТ способствует максимальной индивидуализации и органосохранности диагностики и лечения гинекологической патологии, а следовательно, сохранности репродуктивного потенциала у пациенток детородного возраста.
Ключевые слова
Данный обзор посвящен результатам исследований структур полости рта с помощью оптической когерентной томографии (ОКТ), которые демонстрируют огромный потенциал технологии для прижизненной визуализации тканей полости рта. ОКТ-технология может создавать высокоразрешающие кросс-секционные и анфасные изображения внутренней архитектуры исследуемых образцов (глубиной до 2-3 мм). Для этой цели используются анфасные системы с временным и спектральным сканированием. В обзоре рассмотрены возможности оценки с помощью ОКТ различных стоматологических процессов: стоматологической абфракции и стирания, дефектов материалов и микроутечки в зоне контакта пломбы и зуба, диска височно-нижнечелюстного сустава, качества крепления брекетов к твердой ткани зубов, ортопедической реставрации и микроутечки в месте контакта протеза, корневых каналов, наличия или отсутствия верхушечных микроутечек, а также контактного остеогенеза зубных имплантатов и материалов для костной пластики. ОКТ показывает внутренние особенности исследуемого материала с большей чувствительностью, чем другие существующие диагностические методы. Обзор отражает главным образом опыт исследований нашей группы и представляет изображения, полученные с помощью нашей ОКТ-системы. Исследования демонстрируют эффективность ОКТ как полезного метода в стоматологической практике, а также в научных исследованиях. Поскольку ОКТ является неинвазивным методом, ее можно использовать для мягких тканей. Применение как временного, так и спектрального сканирования области подтверждает уникальные возможности ОКТ. Предполагается, что для переносных приборов принцип перестраиваемого лазера (как одна из возможностей спектральной ОКТ) будет преобладать ввиду его высокой скорости, которая позволяет уменьшить искажающие эффекты, вызванные непроизвольными движениями кисти исследователя и движениями пациента. Для исследования поперечных срезов с высокой разрешающей способностью, особенно в научно-ориентированных исследованиях, предполагается, что анфасная ОКТ в пространственно-временной области продолжит сосуществовать со спиральными ОКТ-методами, дополнительно предлагая низкозатратную быструю анфасную визуализацию и совместимость с динамическим фокусом. Динамический фокус, т.е. одновременная регулировка фокуса и зоны когерентности по глубине, несовместим со спиральной ОКТ и требует повторных изображений с разным фокусом, для того чтобы улучшить поперечное разрешение, или более сложных наконечников с делением оптического пути в предметном плече между путями с разными настройками положения фокуса. В этом отношении анфасная ОКТ в пространственно-временной области представляет собой более дешевый способ получения изображений с высоким поперечным разрешением для статических образцов. Мы показали, что возможны взаимно дополняющие исследования, охватывающие ОКТ и более традиционные методы, такие как конфокальная микроскопия и микрокомпьютерная томография. Предполагается, что в дальнейшем получат развитие методы, основанные на сочетании этих принципов, так как использование по отдельности ограничивает их применение.
Ключевые слова
Постарение населения делает все более значимыми проблемы диагностики и лечения нейродегенеративных заболеваний. Возможность использовать сетчатку в качестве «окна» в ЦНС в последние годы привлекает большое внимание. Оптическая когерентная томография (ОКТ) - неинвазивный метод прижизненного исследования, с помощью которого получают изображение поперечного среза исследуемой ткани. Параметры ОКТ сетчатки рассматривают как потенциальный суррогатный биомаркер ранней стадии неврологических заболеваний, они уже включены в рекомендации по диагностике оптического нейромиелита. В обзоре анализируются современные сведения об изменениях по данным ОКТ в сетчатке при нейродегенерации и при болезнях Альцгеймера и Паркинсона. Рассмотрен опыт применения ОКТ сверхвысокого разрешения для диагностики нейродегенерации на ранней стадии. Обсуждаются морфофункциональные связи и возможные механизмы поражения сетчатки при болезнях Альцгеймера и Паркинсона, их сходство с таковыми при глаукоме. Перспективы применения метода в диагностике нейродегенеративных процессов на ранней стадии авторы связывают с развитием приборного обеспечения и совершенствованием дизайна исследований, проведением таких исследований в различных группах пациентов, в том числе с наследственными заболеваниями нервной системы.