Аннотация результатов, полученных в 2024 году
1. Комплементарное применение ОКТ и ОДС для анализа фотоповреждения кожи Проведен подбор волонтеров для накопления базы данных для мультимодального исследования особенностей фотоповреждения кожи. Мультимодальное исследование включает в себя получение трехмерных ОКТ-изображений и спектров ОДС кожи скулы (наиболее подвержена фотовоздействию) и кожи заушной области (обычно не подвержена прямому воздействию внешнего излучения). Наиболее выраженные отличия на пилотной выборке выявлены на данных ОКТ, где различия для различных степеней фотостарения наблюдаются в толщине и контрасте слоя эпидермиса: визуально толщина эпидермиса имеет тенденцию к увеличению с увеличением степени фотоповреждения на подверженном воздействию света участке (скула). Понижение контраста границы слоя эпидермис-дерма наблюдается уже при стадии фотоповреждения 2, и становится более выраженным для стадий 3 и 4. Фронтальные ОКТ-изображения показывают такие тенденции как увеличение миниатюризации структур, соответствующих сально-волосяным комплексам, понижение их контрастности на ОКТ изображениях, причем эти изменения наблюдаются только на ОКТ-изображениях скуловых областей, тогда как в заушной области эффект практически не выражен. 2. Разработка алгоритма автоматизированной сегментации структурных слоев на трехмерных изображениях биоткани, получаемых методом ОКТ, с помощью нейронной сети U-Net Разработаны два алгоритма для сегментации трехмерных ОКТ-изображений кожи человека с использованием архитектуры U-Net при обучении модели на двумерных и трехмерных данных и проведен их сравнительный анализ. Исследование производилось на выборке трехмерных ОКТ-изображений толстой кожи (локализация - пальцы рук). Оценка точности сегментации с помощью коэффициента Дайса-Серенсена (DSC) показала, что все полученные значения DSC превышают значение 0.8, причем значения для сети, обученной на двумерных данных (2D U-Net), для одних и тех же слоев не ниже тех, которые получены при использовании трехмерных данных при обучении (3D U-Net). Усредненные значения DSC демонстрируют величину не ниже 0.87, причем точность 2D U-Net для всех слоев оказывается не ниже точности 3D U-Net. Полученные оценки усредненных по выборке толщин упорядоченного рогового слоя и клеточного слоя эпидермиса составили 153±24 и 137±17 мкм, соответственно, при использовании данных 2D U-Net и 163±19 и 137±20 мкм, соответственно, для данных 3D U-Net. Анализ полученных значений показал, что модель 2D U-Net дает более низкие значения и для средних значений по сравнению с моделью 3D U-Net, однако их разница не превышает ни стандартного отклонения в группе, ни погрешности, обеспечиваемой пространственным разрешением ОКТ-системы. Это говорит о перспективности предложенного подхода в извлечении морфологической информации из массивов результатов ОКТ-исследования кожи. 3. Численное моделирования для задач сопровождения процедур ФДТ с помощью двухволнового флуоресцентного имиджинга Было проведено системное моделирование карт распределения сигнала флуоресценции для объектов, имитирующих структурные элементы кожи цилиндрической и сферической формы (сосуды, опухолевые узлы) для длин волн зондирования 405 и 660 нм. В качестве фоновой среды выступала однородная среда с оптическими свойствами, типичными для дермы кожи человека. Для первого типа объектов диаметр сосудов варьировался в диапазоне 0.1 – 1 мм, радиус сферических объектов варьировался от 0.2 до 2 мм. Глубина залегания объектов (т.е. расстояние от поверхности среды до верхней точки объекта) для всех типов объектов изменялась в диапазоне 0.1 – 2 мм. Дополнительно к запланированным исследованиям было проведено исследования особенностей распределения поглощенной ФС дозы и формирования флуоресцентного сигнала в системе двухволнового флуоресцентного имиджинга (ДВФИ) для двухслойной модели, имитирующей кожу для трех моделей распределения ФС. Было показано, что отношение поглощенных доз при воздействии на длинах волн 405 и 660 нм для ФС хлоринового ряда монотонно спадает с возрастанием толщины слоя, содержащего ФС, более того, это отношение для всех рассмотренных значений толщины слоя меньше, чем отношение коэффициентов поглощения ФС на этих длинах волн. Это результат важен при разработке двухволновых протоколов ФДТ с использованием ФС хлоринового ряда для оценки соотношения действия излучения на этих двух длинах волн. Использование метода Монте-Карло для моделирования формирования сигнала в ДВФИ дало возможность провести анализ распределения фотонов флуоресценции, дающих вклад в сигнал, по глубинам, достигнутым ими в среде и оценить, как соотносится глубина локализации ФС как характеристика объемного распределения ФС в среде с медианной максимальной глубиной, достигнутой фотонами флуоресценции в среде. 4. Разработка усовершенствованных протоколов лечения хронических фарингитов методом ФДТ с применением комбинированного воздействия излучения на длинах волн 405 и 660 нм В рамках разработки усовершенствованных протоколов лечения хронических фарингитов проведен сравнительный анализ протоколов ФДТ с нанесением препарата наносился на слизистую оболочку задней стенки глотки непосредственно через полость рта (8 пациентов) и путем впрыскивания через полость носа (28 пациентов). Всем пациентам проводилось лечение с применением двухволновой фотодинамический терапии с применением комбинированного воздействия излучения на длинах волн 405 и 660 нм. Эффективность процедуры оценивали по динамике, жалоб пациента (с помощью визуально-аналоговой шкалы (ВАШ) в интервале значений 0 - 10), фарингоскопической картины, цитологическим данным, данным ОКТ-обследования. Показано, что оба варианта протокола ведут к улучшению состояния задней стенки глотки у пациентов с хроническим фарингитом, однако протокол с использованием назального введения дает более выраженный эффект как в динамике жалоб пациента, так и по объективным данным (ОКТ, фарингоскопия). Проведено пилотное цитологическое исследование материала с задней стенки глотки для пациентов с назальным введением ФС. Цитологическое исследование показали позитивный цитологический ответ на ФДТ у 100% пациентов с назальным введением ФС, что выражается в уменьшении выраженности атрофико-дистрофических изменений клеток поверхностного эпителия и/или в разрешении воспалительно-клеточной инфильтрации. Была исследована возможность проведения двухволнового флуоресцентного мониторинга процедуры ФДТ при лечении хронического фарингита с учетом анатомических особенностей локализации места воздействия. Исследование показало, что с помощью ДВФИ может быть визуализировано небо, однако регистрация накопления ФС на задней стенке глотки затруднена в силу анатомических особенностей. Однако, информация о концентрации ФС на небе может быть также использована как индикатор протекания процедуры ФДТ при хронических фарингитах.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
1. Комплементарное применение ОКТ и ОДС для анализа фотоповреждения кожи По данным исследования кожи локализаций с различной степенью фотоповреждения с помощью оптической когерентной томографии (ОКТ) показано, что для кожи, локализованной в заушной области толщина эпидермиса практически не демонстрирует зависимости от степени фотоповреждения по шкале Глогау: статистически значимая разница наблюдается только между группами II и IV. Напротив, для скулы наблюдаются попарные статистически значимые различия между всеми группами, кроме групп I и II. Тренды, наблюдаемые в статистических распределениях, включающих волонтеров со всеми фототипами, повторяются и для данных для выделенного фототипа. По данным оптичнеской диффузионной спектроскопии показано, что для локализации в заушной области отсутствует зависимость содержания меланина от степени фотоповреждения, тогда как локализация на скуле демонстрирует большее содержание меланина для степеней фотостарения III и IV по сравнению со степенью I, что дает возможность предположить связь фотостарения с повышенным содержанием меланина. 2. Разработка алгоритма реконструкции глубины залегания флуорофора по данным двухволнового флуоресцентного имиджинга На основании результатов массированного моделирования формирования сигналов в двухволновом флуоресцентном имиджинге (ДВФИ) был разработан алгоритм реконструкции глубины локализации фотосенсибилизатора (ФС). Восстановление глубины залегания осуществлялось с помощью искусственной нейронной сети типа многослойный перцептрон (MLPRegressor) с двумя скрытыми слоями (100 и 50 нейронов), с сигмоидальной функцией активации (logistic) и алгоритмом оптимизации Adam. Метод продемонстрировал высокую точность восстановления глубины сосуда. Показана погрешность алгоритма в сторону занижения со средним значением 0.018 мм, возрастающая с ростом глубины залегания. Апробация на агаровых фантомах биоткани в рамках концепции комплементарного применения ОДС и ДВФИ показала, что текущая версия алгоритма способна дать верное представление о профиле локализации ФС внутри фантома, и подтвердила, что погрешность восстановления возрастает с увеличением глубины локализации ФС в сторону занижения глубины локализации. 3. Реализация метода Монте-Карло для задач проекта Реализован полный цикл моделирования формирования сигналов флуоресцентного отклика от объектов сложной формы от получения ОКТ-изображения кожи до моделирования формирования сигнала от области с заданной геометрией. Сегментация трехмерного диагностического ОКТ-изображения кожи осуществляется с помощью ранее разработанного алгоритма, основанного на архитектуре U-Net с последующим построением полигональных сеток методом марширующих кубов. Алгоритм использует сглаживание Таубинга. С помощью Монте-Карло моделирования показано, что при контактной регистрации сигналов ОДС, восстановление оптических параметров дермы реализуется с погрешностью в пределах 10% как для однослойной модели кожи, так и в присутствии слоя эпидермиса. В случае бесконтактной регистрации, когда поверхность кожи контактирует с воздухом, погрешность восстановления возрастает. В присутствии эпидермиса коэффициент поглощения восстанавливается с систематическим занижением, а коэффициент рассеяния – с систематическим завышением по отношению к значениям параметров для дермы, погрешность составляет около 30%. 4. Разработка новых протоколов ФДТ для ЛОР органов Проведен сравнительный анализ двух методов лечения хронического фарингита (ХФ) - стандартный протокол терапии (бактериальные лизаты+НПВС) и ФДТ. Показана более высокая эффективность ФДТ как с помощью опроса пациентов по визуально-аналоговой шкале и визуального осмотра, так и с помощью исследования слизистой задней стенки глотки с помощью ОКТ. Использование ОКТ подтвердило восстановление собственной пластинки после лечения к параметрам нормы, чего не наблюдалось при стандартном протоколе. С помощью ДФВИ была показана более высокая таргетность нанесения ФС при интраназальном введении при ФДТ ЛОР органов. В рамках исследования микробного пейзажа при ХФ в большинстве случаев (81% проб) были выделены представители только одного вида микроорганизмов, что обуславливает превалирование моноинфекции. Наиболее часто выделялись виды Str.pyogenes (16%), S.aureus (16%) и P.aeruginosa (13%). У выделенных микроорганизмов проведена оценка чувствительности к антибиотикам наиболее часто назначаемым в ЛОР-практике. В ходе исследования показано, что большинство изучаемых штаммов (75%) обладали резистентностью хотя бы к одному из препаратов, а также выявлены штаммы, резистентные одновременно к нескольким исследуемым препаратам. Показано, что после процедуры ФДТ количество жизнеспособных КОЕ достоверно снижается в 6,6 раз для P. aeruguinosa, в 13 раз для S. aureus и в 72 раза для Str. pyogenes. Дополнительно к запланированным исследованиям было проведено ретроспективное иммуногистологическое исследование влияния фотодинамической терапии на заживление раневого дефекта слизистой ротовой полости лабораторных животных. 5. Разработка инструментария и подходов к двухволновому флуоресцентному мониторингу ФДТ в клинической практике В рамках разработки подходов к клиническому применению ДВФИ в программе автоматизации системы для двухволновой флуоресцентной визуализации был реализован модуль отслеживания опухолевого узла с возможностью использования четырех различных алгоритмов трекинга (Median Flow, TLD, MOSSE, CSRT). По результатам исследования в качестве оптимального способа отслеживания опухолевого узла в ходе ФДТ был выбран алгоритм CSRT, реализующий трекинг по флуоресцентным изображениям на длине волны 660 нм. Алгоритм был протестирован в анализе ретроспективных данных 19 сеансов ФДТ рака кожи. На усредненных зависимостях динамик флуоресцентных сигналов можно выделить ключевые этапы контроля эффективности лечения: первоначальное накопление фотосенсибилизатора в области патологии, снижение интенсивности флуоресценции в опухоли за счет фотовыгорания, сильное повышение интенсивности в опухоли после ФДТ за счет активизации кровотока, а также окклюзию сосудов на следующий день, сопровождаемую снижением интенсивности в области патологии и повышением интенсивности в близлежащих к опухоли тканях.