Исследователи разработали новое устройство на основе катетера, которое сочетает в себе два мощных оптических метода для визуализации опасных бляшек, которые могут накапливаться внутри артерий, снабжающих кровью сердце. Предоставляя новые сведения о бляшках, устройство может помочь врачам и исследователям улучшить методы предотвращения сердечных приступов и инсультов.
Атеросклероз возникает, когда жиры, холестерин и другие вещества накапливаются на стенках артерий, что может привести к утолщению и жесткости этих сосудов. Сердечный приступ или инсульт может произойти, если атеросклеротическая бляшка внутри кровеносных сосудов разорвется или оторвется ее часть.
«Атеросклероз, приводящий к сердечным приступам и инсультам, является причиной смерти номер один в западных обществах, превосходя все вместе взятые типы рака, и, следовательно, является серьезной проблемой общественного здравоохранения», — сказала руководитель исследовательской группы Лаура Марку из Калифорнийского университета, Дэвис.
«Улучшение клинического ведения, ставшее возможным благодаря передовым инструментам внутрисосудистой визуализации, принесет пользу пациентам, предоставляя более точную информацию, которая поможет кардиологам адаптировать лечение или поддержит разработку новых методов лечения».
В Biomedical Optics Express исследователи описывают свое новое гибкое устройство, которое сочетает в себе флуоресцентную прижизненную визуализацию (FLIM) и поляризационно-чувствительную оптическую когерентную томографию (PSOCT) для сбора богатой информации о составе, морфологии и микроструктуре атеросклеротических бляшек.
Эта работа была совместным проектом Бретта Баумы и Мартина Виллигера, экспертов по ОКТ из Центра фотомедицины Веллмана при Массачусетской больнице общего профиля.
«При дальнейшем тестировании и разработке наше устройство можно будет использовать для продольных исследований , в которых внутрисосудистые изображения получаются у одних и тех же пациентов в разные моменты времени, обеспечивая картину эволюции бляшек или реакции на терапевтические вмешательства», — сказал Жюльен Бек, первый автор исследования. бумага. «Это будет очень полезно для лучшего понимания эволюции заболевания, оценки эффективности новых лекарств и методов лечения, а также для руководства процедурами стентирования, используемыми для восстановления нормального кровотока».
Получение беспрецедентного обзора
Большая часть того, что ученые знают о том, как атеросклероз формируется и развивается с течением времени, получена из гистопатологических исследований посмертных образцов коронарных сосудов. Хотя развитие систем визуализации, таких как внутрисосудистое ультразвуковое исследование и внутрисосудистая ОКТ, позволило изучать бляшки у живых пациентов, все еще существует потребность в улучшенных методах и инструментах для исследования и характеристики атеросклероза.
На видео показаны изображения PSOCT (вверху) и мультиспектральные изображения FLIM (внизу), полученные с помощью катетерной системы. Испытания показали, что система может одновременно получать совместно зарегистрированную информацию об интенсивности обратного рассеяния FLIM и PSOCT, двулучепреломлении и деполяризации. Авторы и права: Жюльен Бек, Калифорнийский университет, Дэвис.
Чтобы удовлетворить эту потребность, исследователи приступили к многолетнему исследовательскому проекту по разработке и проверке мультиспектральной FLIM в качестве метода внутрисосудистой визуализации. FLIM может дать представление о таких характеристиках, как состав внеклеточного матрикса (белкового каркаса между клетками), наличие воспаления и степень кальцификации внутри артерии.
В более ранней работе они объединили FLIM с внутрисосудистым ультразвуком, а в этой новой работе — с PSOCT. PSOCT предоставляет морфологическую информацию высокого разрешения, а также измерения двойного лучепреломления и деполяризации. При совместном использовании FLIM и PSOCT предоставляют беспрецедентный объем информации о морфологии, микроструктуре и биохимическом составе бляшек.
«Двулучепреломление предоставляет информацию о коллагене бляшек, ключевом структурном белке, который помогает стабилизировать поражение, а деполяризация связана с содержанием липидов, которые способствуют дестабилизации бляшек», — сказал Бек. «В целом этот гибридный подход может предоставить наиболее подробную картину характеристик бляшек среди всех известных на сегодняшний день методов внутрисосудистой визуализации».
Использование двух методов визуализации в одном устройстве
Разработка мультимодальных систем внутрисосудистой визуализации, совместимых с коронарной катетеризацией, является технологически сложной задачей. Для этого необходимы очень тонкие (менее 1 мм) гибкие катетеры, которые могут работать в сосудах с резкими изгибами. Высокая скорость визуализации около 100 кадров в секунду также необходима для ограничения артефактов движения сердца и обеспечения правильного изображения внутри артерии.
Чтобы объединить FLIM и PSOCT в одно устройство без ущерба для производительности любого из методов визуализации, исследователи использовали оптические компоненты, ранее разработанные лабораторией Марку и другими исследовательскими группами. Ключом к достижению высоких характеристик PSOCT стал новый вращающийся коллиматор с высокой светоотдачей и высокими обратными потерями — соотношением мощности, отраженной обратно к источнику света, по сравнению с мощностью, падающей на устройство.
Разработанная ими катетерная система имеет такие же размеры и гибкость, как и устройства для внутрисосудистой визуализации, которые в настоящее время используются в клинической практике .
После тестирования новой системы на искусственных тканях, чтобы продемонстрировать базовую функциональность на хорошо изученных образцах, исследователи также показали, что ее можно использовать для измерения свойств здоровой коронарной артерии, удаленной у свиньи. Наконец, испытания in vivo на сердцах свиней показали, что производительность гибридной катетерной системы достаточна для поддержки работы по клинической проверке.
Все эти испытания показали, что катетерная система FLIM-PSOCT может одновременно получать совместно зарегистрированные данные FLIM в четырех различных спектральных диапазонах, а также информацию об интенсивности обратного рассеяния PSOCT, двойном лучепреломлении и информации о деполяризации.
Далее исследователи планируют использовать систему внутрисосудистой визуализации для визуализации бляшек в коронарных артериях человека ex vivo. Сравнивая оптические сигналы, полученные с помощью системы, с характеристиками бляшек, выявленными экспертами-патологами, они могут лучше понять, какие особенности можно идентифицировать с помощью FLIM-PSOCT, и использовать это для разработки моделей прогнозирования. Они также планируют продолжить тестирование в поддержку клинической проверки системы на пациентах.
