Разработка способа объективной оценки состояния кровоснабжения, микроструктуры и жизнеспособности кишки методом мультимодальной оптической когерентной томографии в ходе хирургических операций

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-75-10096

НазваниеРазработка способа объективной оценки состояния кровоснабжения, микроструктуры и жизнеспособности кишки методом мультимодальной оптической когерентной томографии в ходе хирургических операций

Руководитель Киселева Елена Борисовна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Приволжский исследовательский медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации , Нижегородская обл

Конкурс №41 - Конкурс 2019 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-602 - Физические методы медицинской диагностики. Томография

Ключевые слова кросс-поляризационная оптическая когерентная томография; оптическая когерентная ангиография; алгоритмы обработки ОКТ-сигнала; абдоминальная хирургия; острая мезентериальная ишемия; острая интестинальная ишемия; жизнеспособная ткань; отек; воспаление; граница некроза; количественная оценка изображений; автофлуоресценция; эндогенные флуорофоры; FLIM

Код ГРНТИ76.13.25, 76.03.53

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В Проекте предлагается сместить акценты приложения ММ ОКТ в сторону абдоминальной хирургии, а также апробировать флуоресцентный макроимиджинг эндогенной флуоресценции для визуализации необратимых изменений ткани кишки при интестинальной ишемии, что будет сделано впервые в мире. Актуальность выполнения проекта обусловлена следующими фактами: (1) Несмотря на общий прогресс экстренной абдоминальной и сосудистой хирургии, внедрение все более сложной диагностической аппаратуры, результаты лечения больных с острым нарушением интестинального кровообращения остаются неудовлетворительными. Летальность при остром тромбозе и эмболии брыжеечных сосудов является одной из самых высоких в абдоминальной хирургии, достигая 63-95%. Проблема диагностики и лечения ишемического поражения кишечника не менее остро встает при ущемлении кишки, травматических разрывах брыжейки, странгуляционной кишечной непроходимости. (2) Бурно развиваются новые высоко разрешающие методы медицинской визуализации, работающие в реальном времени, которые принципиально способны к решению выше обозначенных задач. Одним из лидеров в этом ряду является оптическая когерентная томография (ОКТ) – малоинвазивный, не требующих использования контрастных веществ метод визуализации структуры биологических тканей в реальном времени, уже занявший ведущее место среди оптических методов диагностики за счет быстроты получения и оценки изображений и наличия большого числа функций. ОКТ приборы позволяют получать изображения структуры тканей с разрешением до единиц микрометров на глубину до 1.5 мм, характеризовать их поляризационные свойства, визуализировать микроциркуляторное и лимфатическое русло, измерять жесткость тканей, и все эти модальности могут быть объединены в одном компактном и удобном в использовании устройстве. Другим новым перспективным методом функциональной визуализации биологических тканей является флуоресцентный имиджинг с временным разрешением (FLIM). Данный метод позволяет оценивать не только структуру объекта по интенсивности флуоресценции, но изменения конформации и микроокружения флуорофоров по времени затухания флуоресценции. Особы интерес с точки зрения медицинских приложений представляет регистрация эндогенной флуоресценции клеток и тканей, которая отражает целый спектр биохимических процессов. Возможность исследования автофлуоресценции объектов в макро-масштабе открывает перспективу использования данного метода для интраоперационного выявления границ патологических изменений. Применение FLIM-макроимиджинга эндогенных флуорофоров с временным разрешением сможет дать качественно новую информацию о состоянии кишечной стенки при развитии ишемии. Новизна поставленной в Проекте задачи обусловлена тем, что: - Кросс-поляризационная ОКТ и ОКТ-ангиография до сих пор пока не используются для оценки жизнеспособности кишки в ходе хирургических операций, поскольку ОКТ-ангиография находится на начальном этапе развития и преимущественно используется в офтальмологии и в дерматологии (для изучения ожогов, рубцов и рака кожи). - Впервые ММ ОКТ исследование кишки будет проводиться со стороны серозной оболочки кишки, а не со стороны слизистой оболочки, как это делалось ранее при эндоскопических исследованиях структуры кишки. В этом случае сосуды подслизистого слоя кишки, кровообращение по которым вносит наибольший вклад в кровоснабжение всей кишечной стенки и определяет исход ишемии, будут расположены на глубине 1-1.5 мм от поверхности зонда, что потребует подбора параметров режима ОКТ сканирования для обеспечения контролируемой компрессии кишки зондом, позволяющей исследовать состояние интрамуральной сосудистой сети по данным структуры субсерозных сосудов и тканей. - Впервые будут проведены in vivo измерения времени жизни флуоресценции эндогенных флуорофоров ишемизированной кишки с использованием конфокального FLIM-макроимиджинга. В процессе исследования будет охвачен практически весь видимый диапазон (от ультрафиолетового до желтого), что даст возможность сравнить и определить наиболее эффективный флуорофор(ы) в качестве маркера жизнеспособности ткани кишки при ишемии. В рамках Проекта будут получены результаты, имеющую мировую значимость и новизну: (1) Будет модифицирован способ визуализации сосудов по отдельным структурным кросс-секционным ОКТ изображениям, который будет устойчивым к движениям объекта. (2) Впервые в эксперименте на основе мониторинга ишемизированной кишки методом ММ ОКТ (кросс-поляризации и ангиографии) будет разработан способ определения состояния кровоснабжения, микроструктуры и границ некроза с верификацией методами флуоресцентной микроскопии и гистологического исследования. (3) Впервые в мире в рамках пилотного исследования метод ОКТ-ангиографии и кросс-поляризации будет применен при открытых хирургических операциях для изучения структурных изменений и функциональных нарушений в микроциркуляторном русле при ишемическом и реперфузионном повреждении кишки. (4) Впервые в мире FLIM-макроимиджинг эндогенной флуоресценции будет применен для выявления биохимических изменений в ишемизированной кишке по флуоресцентным характеристикам эндогенных флуорофоров с временным разрешением.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Рябков М.Г., Киселева Е.Б., Балеев М.С., Сироткина М.А., Сизов М.А., Моисеев А.А., Геликонов Г.В., Гладкова Н.Д. Оптическая когерентная ангиография в диагностике интрамуральной дисциркуляции при острой ишемии кишки СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ VI СЪЕЗДА БИОФИЗИКОВ РОССИИ, том 2, стр. 204 (год публикации - 2019)
10.31429/SbR6.2019.001

2. Киселева Е.Б., Рябков М.Г., Бедерина Е.Л., Ширманова М.В., Балеев М.С., Лукина М.М., Сироткина М.А., Чилипенок А.С., Бесчастнов В.В., Моисеев А.А., Загайнова Е.В., Гладкова Н.Д. Observations of the bowel wall in the case of acute ischemia: optical coherence tomography, FLIM macro-imaging and histological analysis data Proceedings of SPIE, 11232, Multimodal Biomedical Imaging XV, 112320M (год публикации - 2020)
10.1117/12.2550667

3. Киселева Е.Б., Рябков М.Г., Балеев М.С., Воробьев А.Н., Геликонов Г.В., Романов И.Н., Губаркова Е.В., Гладкова Н.Д. Intraoperative use of optical coherence angiography in ischemic bowel disease: a pilot study Proceedings of SPIE, 11457, Saratov Fall Meeting 2019: Optical and Nano-Technologies for Biology and Medicine, 114570B (год публикации - 2020)
10.1117/12.2559615

4. Рябков М.Г., Киселева Е.Б., Балеев М.С., Бедерина Е.Л., Сизов М.А., Воробьев А.Н., Моисеев А.А., Карабут М.М., Плеханова М.А., Гладкова Н.Д. Trans-serosal multimodal optical coherence tomography for visualization of microstructure and blood circulation of the small intestine wall Sovremennye tehnologii v medicine, 12(2): 56-64 (год публикации - 2020)
10.17691/stm2020.12.2.07

5. Киселева Е., Рябков М., Балеев М., Бедерина Е., Шилягин П., Моисеев А., Бесчастнов В., Романов И., Геликонов Г., Гладкова Н. Prospects of Intraoperative Multimodal OCT Application in Patients with Acute Mesenteric Ischemia Diagnostics, Т. 11, № 4, p. 705 (год публикации - 2021)
10.3390/diagnostics11040705

6. Киселева Е.Б., Рябков М.Г., Сизов М.А., Бедерина Е.Л., Комарова А.Д., Моисеев А.А., Багрянцев М.В., Воробьев А.Н., Гладкова Н.Д. Effect of surgical technique on the microstructure and microcirculation of the small intestine stump during delayed anastomosis Sovremennye Tehnologii v Medicine (год публикации - 2021)

7. Киселева Е.Б., Рябков М.Г., Балеев М.С., Бедерина Е.Л., Моисеев А.А., Сироткина М.А., Гладкова Н.Д. Кросс-поляризационная ОКТ и ОКТ-ангиография для оценки жизнеспособности тонкой кишки при ее острой ишемии VII Троицкая конференция с международным участием "Медицинская физика" (ТКМФ-7). Сборник тезисов., с.138-139 (год публикации - 2020)

8. Сизов М.А., Рябков М.Г., Бедерина Е.Л., Моисеев А.А., Гладкова Н.Д., Киселева Е.Б. Применение мультимодальной оптической когерентной томографии для изучения состояния кишечной стенки при отсроченном наложении анастомоза Актуальные вопросы биологической физики и химии. БФФХ-2021: материалы XVI международной научной конференции, с. 168 (год публикации - 2021)

9. Рябков М.Г., Киселева Е.Б., Балеев М.С., Сироткина М.А., Сизов М.А., Геликонов Г.В., Гладкова Н.Д. Оптическая когерентная томография в экстренной диагностике ишемии кишки: результаты, проблемы, перспективы 5-й съезд врачей неотложной медицины: вызовы современности и неотложная медицина (к 100-летию создания МОО НПО ВНМ и научно-практического Журнала им. Н.В. Склифосовского «Неотложная медицинская помощь»): материалы съезда, Т. 248. с. 139-141 (год публикации - 2021)

10. Рябков М.Г., Киселева Е.Б., Балеев М.С., Геликонов Г.В., Гладкова Н.Д. Интраоперационная оптическая когерентная томография при мезентериальной ишемии: успехи и проблемы в диагностике жизнеспособности кишки VII Съезд хирургов юга России с международным участием: сборник тезисов, с. 184 (год публикации - 2021)

11. Сизов М.А., Логинова М.М., Воробьёв А.Н., Бедерина Е.Л., Лукина М.М., Ширманова М.В., Киселева Е.Б. Влияние техники обработки культи кишки на микроциркуляцию и метаболизм в её тканях при мезентериальной ишемии VII Съезд хирургов юга России с международным участием: сборник тезисов, с. 189 (год публикации - 2021)

12. Рябков М.Г., Сироткина М.А., Балеев М.С., Сизов М.А., Геликонов Г.В., Моисеев А.А., Гладкова Н.Д., Киселева Е.Б. Monitoring of the state of intramural intestinal vessels in acute mesenteric ischemia with optical coherence angiography Kazan medical journal (год публикации - 2022)

13. Киселева Е.Б., Рябков М.Г., Моисеев А.А., Сизов М.А., Бедерина Е.Л., Коржиманова Ю.В., Геликонов Г.В., Геликонов В.М., Гладкова Н.Д. Attenuation coefficient for layer-by-layer assessment of the intestinal wall according to optical coherence tomography in acute ischemia Laser Physics Letters (год публикации - 2022)

14. Киселева Е.Б., Рябков М.Г., Балеев М.С., Сизов М.А., Моисеев А.А., Геликонов Г.В., Перетягин П.В., Воробьев А.Н., Гладкова Н.Д. Intestinal optical coherence tomography (angiography) imaging: a comparison between animal models and humans Proceedings of SPIE, Vol. 11949, 1194908 (год публикации - 2022)
10.1117/12.2608405

15. Балеев М.С., Рябков М.Г., Киселева Е.Б., Матвеев Л.А., Моисеев А.А., Гладкова Н.Д., Зайцев В.Ю. Monitoring of blood and lymph circulation in the denervated small intestine based on multimodal optical coherence tomography data Proceedings of SPIE, Vol. 11968, 119680E (год публикации - 2022)
10.1117/12.2609247

16. Киселева Е.Б., Рябков М.Г., Балеев М.С., Сизов М.А., Бедерина Е.Л., Моисеев А.А., Геликонов Г.В., Гладкова Н.Д. Острая мезентериальная ишемия тонкой кишки: поиск границ жизнеспособных тканей Мультимодальная оптическая когерентная томография в клинической медицине, ФИЗМАТЛИТ, Москва, с. 242-261 (год публикации - 2022)

17. Рябков М.Г., Сизов М.А., Шилягин П.А., Перетягин П.В., Бедерина Е.Л., Моисеев А.А., Геликонов Г.В., Гладкова Н.Д., Киселева Е.Б. Local atraumatic fixation of the intestinal wall in the real-time artefact-free structural and angiographic transserous OCT imaging IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers (год публикации - 2022)

18. Киселева Е.Б., Рябков М.Г., Лукина М.М., Сизов М.А., Сачкова Д.А., Бедерина Е.Л., Багрянцев М.В., Щеславский В.И., Ширманова М.В. Метаболические изменения ткани кишечной стенки при острой мезентериальной ишемии НАУЧНЫЕ ТРУДЫ. Сборник тезисов докладов III Объединенного научного форума физиологов, биохимиков и молекулярных биологов, «Перо», Москва, Т.2, с. 291-292 (год публикации - 2021)

Публикации