МЕТОД ТА СИСТЕМА ДЛЯ ФЛЮОРЕСЦЕНТНО-КОРИГОВАНОГО ЛАЗЕРНОГО ОПРОМІНЕННЯ ПОВЕРХНЕВО РОЗТАШОВАНИХ НОВОУТВОРЕНЬ

ЧЕПУРНА ОКСАНА МИКОЛАЇВНА

Робота на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Спеціальність 05.11.17 – біологічні та медичні прилади і системи

Вінниця – 2016 

Актуальність теми. 

Зростання ракових захворювань в сучасному світі стимулює пошук нових прогресивних підходів до вирішення онкологічних проблем. У сучасній онкології все більшого поширення набувають методи малоінвазивного лікування, які мають селективну дію на патологічно змінені тканини. До таких методів лікування належить фотодинамічна терапія (ФДТ). Однією з головних особливостей ФДТ є можливість поєднання флюоресцентної діагностики та світлолікування онкологічних захворювань в межах однієї процедури. З часу винаходу в 1900 р. методу ФДТ у світі накопичився значний досвід в експериментальній онкології. Новий етап розвитку ФДТ новоутворень в останні сорок років пов’язаний зі стрімким розвитком лазерної біомедичної техніки. Існує велика кількість публікацій, присвячених аналізу ефективності лазерної ФДТ новоутворень різної природи і локалізації (T. Dougherty, J. Kennedy, E. Master, Є. Ф. Странадко, J. Moan, А. В. Іванов, Н. Є. Мешалкін, М. Ф. Гамалія, Т. Кару, В. С. Сергієвський, С. А. Скопінов, В. М. Чудновський, В. А. Мостовніков та інші). Традиційні методи лікування при ФДТ базується на опроміненні пухлин розфокусованим лазерним пучком в неперервному режимі одночасно всієї площі пухлини. Щільність потужності повинна відповідати вимогам лікувальної ефективності процедури ФДТ (від 100 мВт/см 2 до 2 Вт/см 2 для дерматології). Однак при опроміненні пухлин великого розміру потрібно збільшувати потужність лазера, що призводить до зростання енергетичних витрат та вартості апаратури. Крім того, після опромінення концентрація молекулярного кисню в пухлині під час його взаємодії зі збудженим фотосенсибілізатором (ФС) (з утворенням синглетного кисню) різко спадає. Відновлення необхідної концентрації молекулярного кисню напряму залежить від кровообігу та потребує певного періоду часу, протягом якого опромінення втрачає сенс (недоцільне вигорання ФС). Опромінення прилеглих зон здорових тканин із частково накопиченим ФС при цьому може призвести до їх пошкодження та некрозу.

Мета і завдання дослідження. 

Метою дисертаційної роботи є підвищення віддаленої ефективності протипухлинної ФДТ поверхнево розташованих новоутворень м’яких БТ шляхом розробки методу і автоматизованої системи ФДТ для флюоресцентно коригованого вибіркового опромінення поверхнево розташованих новоутворень в межах контуру тфлюоресценції пухлини.

ПРАКТИЧНЕ ЗНАЧЕННЯ  полягає у комплексній прикладній спрямованості отриманих результатів, що використовуються для флюоресцентної діагностики патологій та лазерної терапії м’яких БТ із злоякісними поверхневими новоутвореннями.

Практичне значення одержаних результатів роботи:

1. Розроблено автоматизовану систему вибіркового флюоресцентно коригованого лазерного опромінення поверхнево розташованих пухлин у м’яких БТ при ФДТ, що дозволяє проводити ефективну протипухлинну терапію новоутворень із зменшенням апаратних затрат (потужність і енергетична доза лазерного випромінювання, вартість випромінювача тощо); розроблено проект медико-технічних вимог до системи;

2. Удосконалено методику проведення процедури протипухлинної ФДТ із використанням лазерного поточкового випромінювання, яка полягає в інтерстиціональному або місцевому введенні у пухлину барвника, після накопичення якого у БТ на основі флюоресцентного аналізу визначають геометричні розміри зони ураження з подальшим опроміненням цієї області  колімованим лазерним пучком малого поперечного перерізу із заданою щільністю потужності, який переміщується у площині пухлини в межах флюоресцівної зони із фіксованою затримкою в кожній точці залежно від рівня флюоресценції, причому повторне сканування зони починається з тієї ж вихідної точки до закінчення заданого часу процедури.

3. Розроблено програмне забезпечення для дослідження флюоресцентної інтенсивності пухлини та вибору зони опромінення, яке дозволяє виявляти зону накопичення ФС у реальному режимі часу та передавати координати точок для опромінення терапевтичним лазером.

4. Розроблено алгоритм попіксельної обробки флюоресцентних зображень пухлин при ФДТ із використанням цифрових фільтрів із підсиленням контрастності, що дозволяє більш точно визначити зони ураження БТ та передавати інформацію для системи вибіркової ФДТ пухлин.

5. Проведено експериментальні дослідження удосконаленого методу ФДТ із використанням розробленої системи на зразках контрольної групи мишей лінії C57Bl/6 із перещепленою у стопу задньої кінцівки карциномою Льюїс, за результатами яких енергетичну дозу опромінення знижено в 60 раз при ефективності лікування, як при традиційній ФДТ.

 ВИСНОВКИ

1. Проведено аналіз методів та систем для проведення ФДТ та флюоресцентної діагностики (ФД), в результаті чого встановлено, що для опромінення пухлин доцільніше використовувати лазерні джерела випромінювання. Для проведення діагностики найбільш оптимальними визначено візуальні методи контролю із необхідним програмним забезпеченням. Такі методи, порівняно зі спектрометричними, дозволяють фіксувати нормальне зображення пухлини, флюоресцентне та програмно оброблене й порівнювати ці значення з здоровими тканинами.

2. Удосконалено метод візуалізації та диференціальної діагностики поверхнево розташованих новоутворень із використанням флюоресцентного RGB-зображення для точного визначення меж пухлини та точок опромінення. Визначено параметри вибору точок сканування та границь пухлини із попіксельною обробкою флюоресцентого зображення, впроваджено цифрові та оптичні фільтри.

3. Вперше запропоновано метод опромінення пухлини при ФДТ із врахуванням рівня флюоресценції шляхом лазерного сканування. Після накопичення фотосенсибілізатора (ФС) пухлина опромінюється лазерним випромінюванням із довжиною хвилі, яка відповідає максимальному піку поглинання ФС. Опромінення відбувається сканувальним лазерним променем малого поперечного перерізу зі збереженням потрібної щільності потужності, при цьому промінь переміщується виключно в межах попередньо визначеної зони із врахуванням флюоресценції пухлини та фіксованою часовою затримкою в кожній локальній точці. Це дозволило істотно зменшити вихідну потужність лазерного випромінювання, необхідну для проведення процедури та оптимізувати процес витрат ФС у ході терапії.

4. Розроблено систему флюоресцентно-коригованого лазерного опромінення поверхнево розташованих новоутворень та алгоритм проведення ФДТ і ФД із її використанням. Розроблено проект медико-технічних вимог до системи. Розроблено програмне забезпечення, за допомогою якого можна коригувати опромінення пухлини відносно наявності ФС та керувати роботою лазерного приладу й камери в режимі реального часу. Збережені фотографії, крім визначення зон накопичення ФС, можуть бути використані для порівняння розмірів пухлини через певний час після проведення терапії та аналізу динаміки її стану.

5. Експериментальна перевірка системи шляхом фотодинамічної терапії карциноми мишей показала, що за ефективністю гальмування пухлинного росту така терапія не поступалась традиційній із використанням безперервного лазерного опромінення, тоді як застосована доза опромінення була меншою понад в 60 разів, що підвищує раціональность використання лазерного випромінювання у фотодинамічній терапії. Теоретично і практично введено методику для обрахунку дози лазерного випромінювання у сканувальному режимі опромінення.

---

За детальною інформацією щодо роботи: О.М. Чепурна , Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.  

---