Download as PDF, PPTX
Uploaded bynizhgma.ru
7
Документ представляет лекцию о многофункциональной оптической когерентной томографии (ОКТ), охватывающую ее физические принципы и различные клинические применения, такие как диагностика онкологических заболеваний и мониторинг состояния тканей. ОКТ предлагает высокое пространственное разрешение и способность визуализировать микроструктуру биологических тканей на глубину до 2 мм. В лекции также обсуждаются современные разработки и достижения в области ОКТ, включая методы эластографии и фотодинамической терапии.
7
- 1. СПЕЦКУРС «Многофункциональная оптическая когерентная томография:физический принцип и сферы применения» Лекция 4. Многофункциональная оптическая когерентная томография: сферы применения Сироткина Марина Александровна, к.б.н., н.с. НИИ БМТ НижГМА Гладкова Наталья Дорофеевна , д.м.н, профессор, зам. директора по науке НИИ БМТ НижГМА Нижний Новгород - 2015
- 2. Место ОКТ средидругих методов визуализации ОКТ занимает нишу между УЗИ и конфокальной микроскопией. Преимущества ОКТ над УЗИ состоят в лучшем пространственном разрешении (единицы мкм), а перед микроскопией – в большей глубине проникновения (единицы мм).
- 3.
- 4. ВЧ УЗИ ОКТ Стенка пищевода •ОКТ- метод визуализации микроструктуры биологических тканей на глубину до 2 х мм с высоким пространственным разрешением 10-15 мкм, основанный на принципе низкокогерентной интерферометрии, использующий свет ближнего ИК-диапазона • ОКТ- изображение представляет собой карту в поперечном сечении коэффициента обратного рассеяния оптического излучения как функции глубины и боковой координаты
- 5. Сканирующее зеркало Ткань Линза 50/50 Оптический щуп АЦП Усилитель сигнала Широкополосный источник света (СЛД) Фотоприемник Методоптической когерентной томографии. Принцип получения изображения Опорное плечо Предметное плечо 0.5 mm А.Fercher, Vienna Tech. Univ, 1989 D. Huang, Massach Inst of Tech, Cemb, 1991 Sergeev АМ, IAP RAS, 1994 Поперечное разрешение (боковое) определяется шириной фокусировки пучка Продольное разрешение (по глубине) определяется длиной когерентности 2
- 6. Двумерное ОКТ-изображение: наборА-сканов Поперечное сканирование «Руководство по ОКТ». Ред. Гладкова НД и др. 2007 соединительнотканная строма эпителий 1 мм 0.5 mm B-скан (двумерное изображение) А-скан эпителий соединительнотканная строма 0дБ 54дБ Мощность обратно рассеянного излучения – ОКТ-сигнал Продольноесканирование (глубина) Серия А-сканов ОКТ-сигнала А-скан
- 7. Москва, «Физматлит», «Медкнига», 2007,298. 1994 – первое OКТ изображение кожи пальца 1999 – Государственная премия РФ в области науки и техники по физике 2005 – сертификация ОКТ-устройства в России 2007 – вышло руководство по ОКТ История развития метода ОКТ в России Профессор д.м.н. Гладкова Н.Д д.м.н. Шахова Н.М. Член-корр. РАН Сергеев А.М. Д.ф-м.н. Геликонов В.М. К.ф-м.г Геликонов Г.В.
- 8. Клинические приложения ОКТ онкология гинекология дерматология гастроэнтерология оториноларингология офтальмология стоматология проктология урология •диагностика предраковых состояний и рака • выбор оптимального места взятия биопсии • определение линейных границ опухоли • дифференциальная диагностика • мониторинг состояния слизистой и кожи в процессе лечения Неинвазивность Высокое разрешение В реальном времени Компактность
- 9. 0.1 mm 1 mm ОКТ– «оптическая биопсия» эпителий Мышечный слой Подслизистый слой Объекты ОКТ-исследования: - Слизистые оболочки - Кожа
- 10. 0.5mm 0.5mm Мочевой пузырь ПищеводТолстая кишка Здоровая ткань Злокачественные опухоли Универсальные типы ОКТ-изображений 1мм 1мм 1мм 1мм
- 11. Поляризационно-чувствительная ОКТ (на примерешейки матки) Здоровая ткань Рак Граница рак/норма Прямая поляризация Ортогональная поляризация
- 12. МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ КОГЕРЕНТНАЯ ТОМОГРАФИЯ (ИПФРАН, отделение нелинейной динамики и оптики, г. Нижний Новгород) •Рабочая длина волны - 1.3 мкм; •Разрешение - 15 мкм; •Диапазон сканирования по глубине ~ 1.7 мм; •Размер области сканирования 4х4 мм; •Скорость получения изображения ~ 10 кадров/с; ОКТ-зонд Гибкое оптическое волокно Позволяет изучать: Поляризационные свойства тканей Микроциркуляцию в ткани без использования дополнительных маркеров Вязкоупругие свойства тканей Проведение комплексного мониторинга совокупности процессов, происходящих внутри биоткани
- 13. Кросс-поляризация Микроциркуляция Эластография 0.5mm 2х2 мм ОПТИЧЕСКАЯ КОГЕРЕНТНАЯ ТОМОГРАФИЯ «Оптическая биопсия» «Оптическая микропальпация» МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОСТЬ!
- 14. Экспериментальная опухолевая модель наухе Мышиная карцинома кишечника CT-26 Поверхностный локализация опухоли Подходящая модель для КП ОКТ Оптимальная модель для МА ОКТ Здоровое ухо мыши 2 4 5 6 1 3 4 6 Исходная поляризация Ортогональная поляризация КП OКT 4x4ммМА ОКТ 2x2мм (1) хрящ; (2) адипоциты; (3) мышца; (4) дерма; (5) Кожные придатки; (6) эпидермис; (7) Опухолевая ткань МА OКT 2x2мм Опухолевая модель СТ26 4 75 6 1 14й день роста 3,6x3,1x1,6mm КП OКT 4x4мм
- 15. Понятие спекла иповедение спеклов в ОКТ Axial resolutionLax Два рассеивателя в объеме когерентности: Электромагнитная волна: Волны приходят на приемник в фазе, пятно яркое: Спекл – результат интерференции волн, рассеянных двумя рассеивателями, находящихся в пределах элемента разрешения. Сдвиг фаз между волнами определяется расстоянием между рассеивателями. Волны приходят на приемник в противофазе, пятно темное:
- 16. Понятие спекла иповедение спеклов в ОКТ Axial resolutionLax Два рассеивателя в объеме когерентности: Электромагнитная волна: Волны приходят на приемник в фазе, пятно яркое: Спекл – результат интерференции волн, рассеянных двумя рассеивателями, находящихся в пределах элемента разрешения. Сдвиг фаз между волнами определяется расстоянием между рассеивателями. Волны приходят на приемник в противофазе, пятно темное:
- 17. Особенности ОКТ изображений.Понятие спекла и поведение спеклов в ОКТ Символическое распределение рассеивателей внутри каждого из элементов разрешения: Элементарный объем (элемент разрешения). По вертикали определяется длиной когерентности. Формируемое изображение, символическая спекл-структура: Волны от рассеивателей сложились в противофазе (полное подавление) Волны от рассеивателей частично подавили друг друга Волны от рассеивателей сложились в фазе (яркое пятно)
- 18. Неподвижные рассеиватели Процесс записи ОКТмикроангиограмм Схематически показана спекловая картина до и после фильтрации Движущиеся рассеиватели После фильтрации остаются только мигающие спеклы (движущиеся рассеиватели) Направление вдоль оси Х НаправлениевдольосиУ LINE1 LINE2 LINE3 ... Площадь сечения одного плотного В-скана … … … … … … … … Особенности: 1) Отдельные В-сканы не перекрываются; 2) Отдельные А-сканы в В-скане сильно перекрываются; 3) Каждый В-скан, состоящий из плотной записи А-сканов, записывается только 1 раз.
- 19. Визуализация сосудов методомОКТ С помощью фазовой фильтрации можно разделять сосуды по скорости мигания спеклов 60 Гц 40 Гц 320 Гц 160 Гц Размер изображений 2x2 мм 640 Гц Только «быстрые сосуды» 30 Гц «быстрые» + «медленные» д.м.н.
- 20. Артериоллы: 10~200 мкм,2~15 мм/с Капилляры: ~10 мкм, 0~1.5 мм/с Венулы: 10~200 мкм, 2~3 мм/с Нормальные и патологические кровеносные сосуды ( непредсказуемые, хаотичные, извилистые, со слепыми концами) from: McDonald and Choyke Nat. Medicine (2003) Венулы Капилляры Артериоллы Задача: получить подобные изображения на живом объекте! норма опухоль
- 21. Визуализация сосудов методомОКТ Сосуды в норме (здоровое ухо мыши)
- 22. Визуализация сосудов методомОКТ Сосуды в норме (здоровое ухо мыши)
- 23. Визуализация сосудов методомОКТ Сосуды в опухоли Карцинома кишечника мышей СТ-26 12й день после трансплантации
- 24. Разнообразие сосудистой сетив опухоли (по данным ОКТ)
- 25. Развитие сосудистой сетив процессе естественного роста опухоли CТ-26 на ухе 5 дней 7 дней 9 дней 11 дней 14 дней
- 26. 5дней 6 дней7 дней 10 дней Развитие сосудистой сети в процессе естественного роста опухоли CТ-26 на ухе Спонтанный регресс опухоли!
- 27. Опухоль CТ-26 наухе. 10 день роста Хорошо васкуляризированная опухоль Плохо васкуляризированная опухоль 3.1х1.9мм 3.2х1.5мм 3.4х1.6 мм 4.3х1.5мм 2.7х1.9мм 2х1.8мм 1.4х1.1мм 2х2мм Разнообразие сосудистой сети в опухоли в зависимости о размера узла Ни одна плохо васкуляризированная пухоль не отреагировала на ФДТ!
- 28. 1. Введение ворганизм фотосенсебилизатора Этапы Фотодинамической терапии 2. Избирательное накопление в опухоли: сосудах, клетках, межклеточном веществе О2*О2 Переход Повреждение опухоли 3. Облучение лазером
- 29. ФДТ на мышиноймодели CT-26 Опухоль CT-26 локализованная на ухе Фотодитазин (Хлорин e6), в.в. 5мг/кг Режим облучения: 662нм, 75Дж/см2, 170мВт/cм2 До ФДТ 1д после ФДТ 2д после ФДТ Полнокровие сосудов Стаз Тромбоз Кровоизлияние Необратимое исчезновение сосудов на МА ОКТ 50µm
- 30. До ФДТ 1 суткипосле ФДТ 2 суток после ФДТ 3,4х1,6 мм 3,7х2,1 мм Обратимая реакция сосудистой сети на ФДТ с частичным восстановлением сосудов на 2-е сутки Мониторинг ФДТ опухоли СТ-26 методом ОКТ 75Дж/см2: 170мВт/см2
- 31. До ФДТ 1сутки после ФДТ 2 суток после ФДТ 3,2х1,5 мм 3,4х1,5 мм НЕТ реакции сосудистой сети на ФДТ Мониторинг ФДТ опухоли СТ-26 методом ОКТ 75Дж/см2: 170мВт/см2
- 32.
- 33. ОКТ-визуализация сосудов напациентах губащека
- 34. 37 Эластография Пальпация – прощупываниемягких тканей с целью обнаружения более «жестких» включений. Пальпация основана на осязательном ощущении, возникающем при движении и давлении пальцев или ладони ощупывающей руки. Эластография – визуализация неоднородностей мягких тканей по их «жесткостным» свойствам. Эластография основана на обработке изображений или сигналов, получаемых с помощью различных диагностических техник (УЗИ, МРТ, ОКТ…)
- 35. 38 более жесткая ткань менеежесткая ткань Одностороннее сдавливание УЗИ зондом вызывает вблизи поверхности зонда различные деформации в областях с различной жесткостью Эти различия оцениваются по характеру изменения рассеянного ультразвукового сигнала от этих областей. Важно обнаружить не просто смещение некоторой области в целом, а именно деформацию. Аналогичную информацию можно извлечь из ОКТ изображений Эластография в УЗИ – пальпация с помощью прибора УЗИ зонд УЗИ зонд
- 36. 39 Демонстрация ОКТ-эластографии Жесткий слой Мягкийслой Двухслойный фантом: верхний слой – мягкий, нижний слой - жесткий ОКТ изображение Начальное состояние Среднее по 10 изображениям Изображение рогового слоя кожи пальца ОКТ изображение (начальное состояние) Среднее по 5 ти изображениям Постепенное сжатие Постепенное сжатие
- 37. Эластография в ОКТ напримере атеросклероза Здоровая стенка легочной артерии Атеросклетротическая бляшка с фиброзной капсулой и липидным ядром Атеросклетротическая бляшка со скоплением кристаллов кальция