CC BY
10ВКВО-2019- МЕДИЦИНСКАЯ ФОТОНИКА И АГРОФОТОНИКА
DOI 10.24412/2308-6920-2021-6-236-237
ОПТИЧЕСКИЕ ВОЛОКОННЫЕ СИСТЕМЫ ДОСТАВКИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ К ТРУДНОДОСТУПНЫМ ОПУХОЛЯМ ГОЛОВНОГО МОЗГА ДЛЯ СТЕРЕОТАКСИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ
Кустов Д.М.1*, Грачев П.В.1, Яковлев Д.В.2, Лощенов В.Б.1,3
'Институт Общей Физики им. А.М. Прохорова РАН, Москва, Россия 2Институт биоорганической химии им. академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН, Москва, Россия 3Национальный Исследовательский Ядерный Университет МИФИ, Москва
E-mail: kustovdm@bk.ru
Введение
В нейрохирургии существует потребность в развитии стереотаксических способов диагностики и лечения, позволяющих определить границы опухоли и осуществить локальное воздействие на каждую клетку пораженной биологической ткани. Выбор способа лечения и применяемого к таким операциям оборудования затруднен, поскольку доступ к опухоли ограничен и осуществляется через отверстие малого диаметра. Злокачественные опухоли головного мозга, в особенности, мультиформная глиобластома, являются наиболее агрессивными и опасными новообразованиями, терапия которых затруднена в связи с их анатомической локализацией. Данные типы опухоли являются высокоинвазивными и характеризуются активной инфильтрацией злокачественных клеток в здоровую окружающую ткань.
В настоящее время общим принципом лечения больных с опухолью головного мозга является комплексный подход, включающий хирургическое лечение, лучевую и химиотерапию. Однако, несмотря на совершенствование существующих методик и характерные особенности данного типа опухоли улучшить результаты комбинированного лечения заболевания не удается, медиана выживаемости пациентов с мультиформной глиобластомой составляет 15 месяцев [1]. Одним из методов лечения является фотодинамическая терапия (ФДТ), позволяющая селективно воздействовать на каждую клетку опухоли с накопленным фотосенсибилизатором (ФС). Применение ФДТ позволяет повысить выживаемость пациентов без рецидива, средняя продолжительность жизни с недавно диагностированной глиобластомой и послеоперационной ФДТ составляет 19.6 мес [2,3,4]. Для развития стереотаксических способов диагностики и лечения опухолей головного мозга были разработаны оптические волоконные системы доставки лазерного излучения и определения концентрации фотосенсибилизатора в биологическом объекте.
Экспериментальная часть
В качестве объектов исследования в экспериментах использовались оптические фантомы опухоли головного мозга с ФС протопорфирином 9 (PpIX). ФС в концентрациях 0; 0.25, 0.5; 1; 2; 5; 10; 20 мг/кг смешивался с рассеивающей средой (1% интралипид МЛТ/ЛСТ), итоговые растворы были разделены по пробиркам. Лазерный источник излучения имел длину волны излучения 635 нм, что соответствует значению длине волны пика поглощения PpIX.
Оптическая волоконная система для спектроскопической диагностики состояла из оптических фильтров, волоконно-оптического спектрометра и биопсийной канюли, в которой был закреплен двухканальный катетер с перпендикулярным направлением зондирования. Диаметр канюли состави 1.50 мм. Диаметр оптических волокон - 250 мкм. Длина приемного биопсийного окна 11 мм. При попадании биологического материала непосредственно в область детекции, из-за дополнительного поглощения кровью (гемоглобина) уровень сигнала снижался. Для избегания таких условий биопсийное окно канюли было закрыто прозрачной оболочкой. Обратно-рассеянное излучение и сигнал флуоресценции от ФС регистрировался волоконно-оптическим спектрометром.
Моно-волоконная система доставки лазерного излучения к биологическому объекту состояла из одного оптического волокна, светоделительного блока, оптических фильтров и CCD-камеры для регистрации флуоресцентного сигнала. Светоделительный блок использовался для разделения света от лазерного источника излучения к волокну для передачи излучения к биологическому объекту и передачи флуоресцентного сигнала к CCD-камере для регистрации сигнала. Для передачи лазерного
ВКВО-2021- МЕДИЦИНСКАЯ ФОТОНИКА И АГРОФОТОНИКА
излучения и получения флуоресцентного сигнала от биологического объекта с ФС использовалось одно оптическое волокно с диаметром 600 мкм и торцевым направлением распространения лазерного излучения. Оценка интенсивности флуоресценции проводилась по параметру яркости полученного сигнала. Сигнал флуоресценции зависел от положения детектирующего волокна относительно источника флуоресценции.
Результаты и обсуждение
Проведена регистрация флуоресцентного сигнала на биологических объектах - оптических фантомах опухоли головного мозга с фотосенсибилизатором PpIX с концентрациями 0; 0.25; 0.5, 1; 2; 5; 10 и 20 мг/кг. Была проведена проверка полученных данных классическим многоволоконным спектроскопическим методом оценки концентрации фотосенсибилизатора. По полученным значением интенсивности флуоресценции сигнала чувствительность оптических волоконных систем позволяет определить концентрацию фотосенсибилизатора от 0.25 до 20 мг/кг для PpIX. Оптическая моноволоконная система доставки обеспечивает передачу лазерного излучения и прием флуоресцентного сигнала одновременно по одному световоду. Данная система позволяет достичь значения плотности мощности лазерного излучения, необходимого для проведения ФДТ непосредственно в области диагностики.
Исследование выполнено в рамках государственного задания на фундаментальные исследования ИОФ РАН (тема «Физические методы в медицине и биологии» № 0024-2019-0003).
Литература
1. Thakkar J.P. et al. Cancer Epidemiology and Prevention Biomarkers 23.10, 1985-1996 (2014)
2. Cramer S. W., Chen C.C. Frontiers in Surgery 6, 81 (2019)
3. Muragaki Y. et al. Journal of neurosurgery 119.4, 845-852 (2013)
4. Nitta M. et al. Journal of neurosurgery 131.5, 1361-1368 (2018)
