Недавно обнаруженный способ визуализации мозгового кровотока во время операции может предотвратить инвалидизацию и спасти жизни

Отслеживание кровотока в головном мозге во время нейрохирургической операции является одной из наиболее важных и сложных задач. Кратковременное прерывание может означать разницу между необратимым повреждением и полным выздоровлением, но отследить кровоток по всему операционному полю сложно. Исследователи из Техасского университета в Остине разработали новый способ мониторинга кровотока с помощью стандартного оборудования для видеосъемки. Метод, называемый синусоидальной модуляцией интенсивности спекл-изображения (SIMSI), использует физику динамического рассеяния света для неинвазивной визуализации кровотока в широком поле зрения и без использования высокоскоростных камер. Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences .

«Это долгое время было фундаментальной проблемой в этой области», — сказал Эндрю Данн, профессор кафедры биомедицинской инженерии Инженерной школы Кокрелла, чья лаборатория опубликовала результаты исследования. -  SIMSI дает нам возможность получать количественные, физически значимые данные с помощью метода, который уже достаточно быстр и практичен для использования в клинике».

Помимо нейрохирургии, эта технология может улучшить мониторинг во время кардиохирургических операций, помочь оценить жизнеспособность тканей при реконструктивных процедурах, помочь в принятии решений о лечении инсульта и поддержать исследования заболеваний, начиная от деменции и заканчивая черепно-мозговой травмой.

Данное исследование основано на методе, называемом контрастной лазерной спекл-визуализацией (LSCI), который широко используется в биомедицинских исследованиях для визуализации кровотока. Когда лазерный свет освещает ткань, движение эритроцитов приводит к тому, что результирующий лазерный спекл-рисунок — зернистое, мерцающее изображение — размывается пропорционально скорости движения клеток. Анализируя это размытие, исследователи могут одновременно отображать кровоток по всему полю зрения, не касаясь ткани и не вводя красители.

Однако традиционный метод LSCI предоставляет только относительные измерения. Он может показать, что кровоток увеличился или уменьшился, но не указывает точно, насколько, или каков абсолютный объем кровотока. SIMSI решает эту проблему, добавляя точную модуляцию к лазерному освещению, изменяя интенсивность света по синусоидальной траектории с контролируемой частотой в течение каждого кадра съемки. Это, казалось бы, простое дополнение в сочетании с новой моделью визуализации кодирует информацию о быстрой динамике кровотока в спекл-изображениях, позволяя исследователям проводить более количественные, физически значимые измерения без использования высокоскоростных камер. В результате получилась система на основе камеры, которая создает количественные карты динамики быстрого кровотока в широком поле зрения, не контактируя с тканями.

«Кровоток может меняться в течение многих временных интервалов, но оптические флуктуации, показывающие скорость движения крови, часто слишком быстры для того, чтобы стандартные камеры могли напрямую их регистрировать», — сказал Хенгфа Лу, научный сотрудник Лаборатории функциональной оптической визуализации Данна, возглавлявший разработку системы SIMSI. - Преднамеренно модулируя освещение во время экспозиции и используя недавно разработанную модель визуализации, мы можем восстановить динамику быстрого кровотока, которая в противном случае была бы усреднена. Это дает исследователям более количественный способ изучения функционирования тканей, от восстановления после инсульта в лаборатории до, в конечном итоге, принятия решений в ходе хирургического вмешательства».

В перспективе команда рассматривает SIMSI как часть более широкой инициативы по повышению доступности быстрой количественной визуализации кровотока. Сочетание специально разработанного освещения с физически обоснованной моделью визуализации позволяет стандартным камерам фиксировать быструю динамику кровотока, сохраняя при этом длительные и светоэффективные выдержки. Это может открыть новые возможности в исследованиях инсульта, травм головного мозга, хирургии и других областях, где кровоток является ранним индикатором здоровья тканей.

Игорь НАУМОВ
По материалам Medical Xpress