Механорецепторная тактильная диагностика состояния органов грудной полости

Прогресс в развитии эндоскопической техники и растущий профессионализм врачей способствуют постоянному расширению показаний к эндоскопическим операциям. Имеется, однако, существенная проблема, ограничивающая их применение. При открытой операции хирург обычно производит ощупывание внутренних органов не только для уточнения распространения патологического процесса, но и для определения характерных тактильных признаков конкретного заболевания. Малые размеры разрезов, производимых при эндоскопических вмешательствах, делают тактильную диагностику невозможной (рис. 1 и далее см. на цв. вклейке),

Цель исследования - оценка возможностей тактильной эндохирургической диагностики нормального состояния и патологических изменений легочной ткани.

Ультразвуковое сканирование легкого в настоящее время - это единственный метод интраоперационной диагностики, позволяющий осуществлять торакоскопические операции при очаговых поражениях легкого [10]. Однако причиной существенного ограничения его использования наряду с некоторыми технологическими особенностями в применении является довольно высокая стоимость и громоздкость оборудования.

Сложной диагностической проблемой является оценка состояния лимфатических узлов и органов грудной полости [12, 13], так как они недоступны для пальпации при общем осмотре и недостаточно хорошо визуализируются при других неинвазивных методах обследования [3], поэтому изучение их тактильных характеристик в ходе торакоскопии также актуально. В доступной литературе в настоящее время отсутствуют сведения об эндоскопах с тактильной функцией. Все существующие аппараты, оснащенные тактильными датчиками, предназначены только для наружного применения и в широкой клинической практике не используются.

Благодаря государственному финансированию проектов, направленных на развитие современных технологий, стало возможным проведение совместных научно-исследовательских работ ведущих вузов, промышленных предприятий и медицинских центров. Наша работа выполняется в соответствии с ГК №13.G36.31.002 от 07.09.10 (Постановление Правительства РФ №218 от 09.04.10). Исполнитель - МГУ им. М.В. Ломоносова.

Соисполнители проекта: ГНПП «Сплав» (Тула, генеральный директор - главный конструктор, проф. Н.А. Макаровец), ГУНПТК «Технологический центр» МИЭТ (генеральный директор - член-корр. РАН А.Н. Сауров), МНИОИ им. П.А. Герцена и другие предприятия и институты.

Для апробации основных технических решений и создания репрезентативной базы тактильных характеристик нормальных и измененных тканей в МГУ группой под руководством В.А. Садовничего был создан беспроводной комплекс тактильной диагностики. На рис. 2

При взаимодействии с исследуемым объектом в результате деформации мембраны в каждый момент времени «прикосновения» (0,1 с) происходит изменение объемов полостей и давлений в них. Корпус прибора 3 имеет цилиндрическую форму диаметром 18 мм. В нем располагаются автономные элементы питания 4. На ручке прибора имеются тумблеры для включения 9 и выключения 10, световой индикатор работы прибора 11. С торцевой части ручки располагается порт 8 для зарядки элементов питания. Внутри ручки находятся Bluetooth-передатчик 6 и антенна 7. Посредством радиоволн 12 информация об исследовании передается на компьютер 13, оснащенный Bluetooth-приемником.

Для эффективного проведения обследований, использующих беспроводной тактильный механорецептор, был разработан и реализован специальный программный комплекс, который может применяться на всех стадиях обследования - от снятия данных с датчиков механорецептора до визуализации результатов обследования [2].

Математическая обработка сигнала предусматривает использование не только классических математических методов (интерполяция, монотонизация, ряды Фурье, методы теории экстремальных задач), но и специально разработанных методов (орторекурсивные разложения по неортогональным переполненным системам всплесков - вейвлетов) и систем подпространств [5].

Программный комплекс Membrane Editor был создан для автоматизации и увеличения эффективности обследований, проводимых с использованием тактильного механорецептора. Функциональные возможности программного комплекса включают:

1) проведение обследования образца ткани и сохранение результатов;

2) предварительную обработку этих данных;

3) визуализацию результатов обследования.

Обследование и сохранение его результатов осуществляются с помощью программы LaparoWLS (рис. 5).

Предусмотрена возможность программной обработки результатов обследования тактильным механорецептором в целом, а также отдельных снимков таких обследований. Программная обработка направлена на уменьшение погрешностей измерений, выделение и усиление характерных фрагментов заданного формата, компенсацию взаимного влияния каналов, приведение к единому масштабу (скейлингу) на уровне отдельных каналов, отдельных снимков или на уровне обследования в целом. Также имеется возможность автоматической проверки работоспособности прибора, выявления поврежденных каналов и исключения таких каналов из рассмотрения при визуализации и анализе результатов обследования [6].

В данном варианте прибора реализованы различные виды двухмерной визуализации результатов обследования с возможностью одновременного просмотра их различных видов. Графически представленные результаты оценивались по цветной шкале, где зеленый цвет соответствовал сигналу с участка наименьшей плотности, темно-зеленый и бурый цвета - с участка повышенной плотности, красный цвет - с участков с максимальной плотностью.

Исследуемую группу составили больные, которым выполняется хирургическая операция.

Проведение одного исследования состоит в том, что оперирующий хирург с помощью стерильного, беспроводного прибора тактильной диагностики надавливает на интересующую часть органа или ткань (рис. 6).

По завершении исследования ткань или орган, подвергнутые тактильной диагностике, удаляют, затем фрагменты тканей фиксируют формалином и проводят стандартное гистологическое исследование. После получения гистологического заключения его сравнивают с результатами анализа ткани прибором.

В эксперименте приняли участие 17 мужчин и 5 женщин с различными заболеваниями легких. Средний возраст обследованных - 61,4±8 лет. Карциноид легкого диагностирован у 1 мужчины и 1 женщины, метастаз рака почки в легкое - соответственно у 1 и 0, переходноклеточный рак - у 1 и 1, плоскоклеточный рак - у 14 и 3.

В ходе исследования инструментальной пальпации было подвергнуто 15 образцов неизмененных тканей или тканей, изменения которых соответствуют возрастной норме для этих пациентов. Все образцы обладали однородной структурой и умеренно пониженной плотностью, что соответствует представлениям о плотности и неоднородности неизмененной ткани легкого согласно гистологическим заключениям (см. таблицу, образец 1 на цв. вклейке).

В ходе исследования инструментальной пальпации было подвергнуто 22 образца тканей из патологических узлов.

По данным проведенной инструментальной пальпации максимальной плотностью обладал образец №2, представленный легочной тканью с участком, пораженным опухолью (согласно гистологическому заключению), - область расположения опухолевого узла имела границы, четко определяемые пальпаторно.

При исследовании образца №3 четко определялась граница опухолевого узла, расположенного на главном бронхе. Получен участок с почти максимальной плотностью (подтверждено гистологическим заключением).

При исследовании образца №4 границы опухолевых узлов также четко определялись и имели максимальную, хотя и чуть сниженную по сравнению с образцом №2, плотность. Согласно гистологическим заключениям, данный образец был представлен фрагментами ткани разных сегментов легкого с участками опухолевого роста, чем можно объяснить значительно повышенную плотность некоторых сегментов в зонах, подвергшихся инструментальной пальпации.

Таким образом, разработанный искусственный тактильный механорецептор не заменяет рук врача при пальпации, но позволяет проводить такое обследование там, где стандартная пальпация невозможна, а также дает возможность формализовать (измерение в числах) результаты обследования. Последнее является важнейшим шагом к возможности автоматизирования обработки результатов обследования, в частности, к проведению основанной на обследовании объективной диагностики [11].