Способ интраоперационного выявления наличия и локализации глиальных новообразований головного мозга

Способ интраоперационного выявления наличия и локализации глиальных новообразований головного мозга

Реферат

Изобретение относится к медицине, а именно к нейрохирургической онкологии, и может быть использовано для выявления наличия и установления локализации опухоли головного мозга, что способствует более полному ее удалению во время нейрохирургической операции при одновременном сохранении функционально значимых зон мозга.

Злокачественные глиальные опухоли являются наиболее распространенными первичными опухолями центральной нервной системы. Их чрезвычайно трудно удалить полностью из-за инфильтративного роста и малых визуальных отличий от окружающей ткани. Среди современных подходов к повышению визуального контраста глиальных опухолей важную роль играют флуоресцентные методы, а среди них наиболее распространен метод, основанный на применении 5-аминолевулиновой кислоты (5-АЛК), которая выполняет функцию маркера опухоли [Pogue В.W., Gibbs-Strauss S., Valdés P.A., Samkoe K., Roberts D.W., Paulsen K.D. Review of Neurosurgical Fluorescence Imaging Methodologies. IEEE J. Sel. Top Quantum Electron. 2010; 16(3): p.493-505].

5-АЛК участвует в синтезе гема, являясь предшественником протопорфирина IX (ППIX). Нарушение метаболизма порфиринов в процессе опухолевого роста приводит к снижению активности феррохелатазы, служащей в звене преобразования ППIX в геме, что приводит к накоплению ППIX. Благодаря способности порфиринов флуоресцировать в красной области спектра опухоль при большой концентрации ППIX можно легко обнаружить по характерному свечению.

Известен способ микрохирургического удаления злокачественной глиомы, основанный на применении 5-АЛК, который осуществляется с помощью флуоресцентного операционного микроскопа [Hefti М., Mehdorn Н.М., Albert I., Dörner L. Fluorescence-Guided Surgery for Malignant Glioma: A Review on Aminolevulinic Acid Induced Protoporphyrin IX Photodynamic Diagnostic in Brain Tumors. Current Medical Imaging Reviews, 2010, Vol.6. No.4]. Данный способ визуализации опухоли мозга выбран в качестве прототипа.

Известный способ заключается в следующем. За 2-8 часов до оперативного вмешательства пациенту вводят перорально 5-АЛК в дозе 15 мг/кг массы тела, растворенной в 100 мл воды. С помощью осветительной системы флуоресцентного операционного микроскопа освещают операционное поле синим светом с длиной волны около 440 нм и либо визуально, либо с использованием телевизионных средств исследуют различные участки мозга. Появление в них красного свечение служит для идентификации места расположения злокачественных глиальных клеток. В то же время участок злокачественного роста, хорошо видный в свете флуоресценции, практически неотличим от окружающей ткани при обычном освещении.

При реализации данного способа с помощью флуоресцентного операционного микроскопа используется один и тот же широкополосный источник света как для обычного освещения, так и для возбуждения флуоресценции (обычно это короткодуговая ксеноновая лампа мощностью 300 Вт). При этом для формирования флуоресцентной картины используется два фильтра: возбуждающий и запирающий. Возбуждающий фильтр подбирается таким образом, чтобы он пропускал только длины волн, возбуждающие флуоресценцию, а запирающий фильтр - чтобы предотвратить попадание на приемник изображения света тех длин волн, которые используются для возбуждения, но позволить проходить свету, возникающему при флуоресценции предмета. Частичное проникновение излучения через возбуждающий и запирающий фильтры называется нескрещенностью. Обычно с нею борются, поскольку вызванный ею паразитный свет ухудшает контраст, не позволяя наблюдать слабо флуоресцирующие объекты. В прототипе нескрещенность допускают сознательно, для того чтобы видеть в поле зрения не флуоресцирующие структуры.

Сказанное поясняют кривые, приведенные на фиг.1 [Ehrhardt A., Stepp H., Irion K-M., Stummer W., Zaak D., Baumgartner R., Hofstetter A. Fluorescence Detection of Human Malignancies Using Incoherent Light Systems. Med. Laser Appl. (2003) 18: p.27-35]. Здесь возбуждающий фильтр (кривая I), предназначенный для ограничения излучения лампы с длинноволновой стороны, имеет границу вблизи 460 нм. Этот фильтр находится в осветительном канале микроскопа. Запирающий фильтр (кривая II), предназначенный для блокирования отраженного от объекта возбуждающего излучения, располагается в оптической головке микроскопа. Поскольку это излучение на несколько порядков более яркое, чем от флуоресценции объекта, без такого ослабления невозможно увидеть слабое флуоресцентное свечение (кривая III). В данном случае запирающий фильтр пропускает излучение в длинноволновой области спектра начиная с длины волны вблизи 440 нм. При таких параметрах образуется участок нескрещенности, которая располагается в области перекрытия кривых пропускания двух указанных фильтров. На фиг.1 она показана в виде слабой полосы на участке при пересечении кривых (I) и (II). Наличие нескрещенности приводит к тому, что до приемника излучения, каковым может быть глаз наблюдателя или телевизионная камера, доходит ослабленный отраженный от ткани синий свет с центральной длиной волны в районе 450 нм.

Наблюдение объекта в синем свете используется в данном способе для того, чтобы дать возможность хирургу увидеть морфологические структуры, расположенные вокруг опухоли. Таким образом, при нахождении операционного микроскопа в режиме флуоресцентных исследований картина нормальной ткани выглядит синей. При наличии злокачественных участков она становится пурпурной или ярко красной в зависимости от соотношения яркостей отраженного света и флуоресцентного свечения. Наблюдение цветной картины (красной флуоресценции на синем фоне) создает цветовой контраст, позволяющий хирургу идентифицировать опухолевые участки при выполнении резекции.

Однако снижение контраста в данном способе приводит к снижению чувствительности диагностики, ввиду того что в 20-30% случаев наблюдается лишь незначительное накопление препарата в опухолевых клетках. Для этого привлекаются дополнительные методы исследования.

Известен способ удаления глубинно расположенных глиальных внутримозговых опухолей, при котором микрохирургическую резекцию осуществляют в два приема вначале под контролем флуоресцентного операционного микроскопа поверхностных структур мозга, а затем остаточные фрагменты, расположенные в глубине, удаляют под контролем флуоресцентного нейроэндоскопа. При этом для исключения помехи осветитель микроскопа выключают (патент на изобретение RU №2457794).

Известен способ проведения интраоперационной диагностики опухолей головного и спинного мозга, при котором для оценки радикальности проведения резекции проводится спектроскопический анализ содержания в исследуемых тканях опухолевого маркера (5-АЛК индуцированного протопорфина IX). Этот анализ проводится с использованием источников широкополосного и лазерного излучений и волоконно-оптического зонда, с последующей автоматической классификацией спектроскопических характеристик. В качестве источника широкополосного излучения используют светодиод, излучающий в диапазоне длин волн от 500 нм до 600 нм, а в качестве источника возбуждающего флуоресценцию излучения используется лазер с длиной волны в области 620-640 нм. Регистрацию спектров диффузного отражения широкополосного и лазерного излучения, а также флуоресценции производят одновременно [патент на изобретение RU №2497558].

Общим недостатком известных способов является требование раздельного наблюдения объекта в свете флуоресценции и при обычном освещении. Вместе с тем, возможность совместной визуализации операционного поля в обоих режимах во время выполнения нейрохирургических операций на головном мозге, когда должно быть гарантировано сохранение функционально значимых зон мозга и в то же время обеспечено наиболее радикально удаление опухолевых участков, является важным фактором успешного ее проведения. Одновременное наблюдение мозга в свете флуоресценции и в белом свете позволяет видеть подробности ее морфологической структуры, что обеспечивает более уверенное и щадящее проведение операции с одновременным достижением ее радикальности.

К недостаткам известных способов можно также отнести невозможность проведения флуоресцентных исследований с обычным операционным микроскопом, а также высокая стоимость флуоресцентных операционных микроскопов, таких как микроскоп Opmi Pentero фирмы Carl Zeiss с флуоресцентным модулем.

Цель изобретения - повысить точность и снизить стоимость исследования.

Цель достигается тем, что для выявления наличия и локализации глиальных новообразований головного мозга, больной принимает внутрь до оперативного вмешательства раствор 5-аминолевулиновой кислоты, оператор осуществляет визуальный контроль с использованием операционного микроскопа, оснащенного источником белого света, причем во время операции при включенном источнике белого света эпизодически осуществляют локальную подсветку интересующего участка ложа опухоли лазерным излучением с длиной волны 405 нм, а наблюдение изображения объекта в отраженном белом свете и одновременно с этим в свете красной флуоресценции ППIX осуществляют через запирающий фильтр, причем при наблюдении слабо флуоресцирующих участков интенсивность белого освещения уменьшают при включенном лазерном излучении.

Фиг.1. Спектральные кривые пропускания возбуждающего фильтра (I) и запирающего фильтра (II), а также спектр флуоресцентной эмиссии ткани, содержащей ППIX (III), поясняющие принцип формирования цветового контраста в прототипе.

Технический результат настоящего изобретения состоит в обеспечении возможности интраоперационной визуализации злокачественных участков глиальных новообразований. Этот результат достигается при помощи совмещения осмотра ложа опухоли с использованием операционного микроскопа, оснащенного источником белого света и локальной подсветки интересующего участка ложа опухоли лазерным излучением с длиной волны около 405 нм, которая проводится с помощью находящегося в руках хирурга или ассистента волоконно-оптического инструмента после применения 5-аминолевулиновой кислоты, ориентируясь по хорошо регистрируемым участкам интенсивной красной флуоресценции. Четкая визуализация участков интенсивной красной флуоресценции при дополнении освещения белым светом локальной подсветкой лазером с длиной волны около 405 нм позволяет безошибочно идентифицировать злокачественные зоны опухоли и, следовательно, удалять их без риска повреждения неизмененной ткани, что невозможно при использовании операционного микроскопа с флуоресцентным модулем, обеспечивающим визуализацию неизмененной ткани в синем свете.

Сущность способа заключается в следующем:

1) пациенту со злокачественными новообразованиями головного мозга вводят перорально за 2 часа до оперативного вмешательства раствор 5-аминолевулиновой кислоты, которая служит маркером опухоли, индуцируя накопление в ней протопорфирина IX (ППIX),

2) проводят микрохирургическое удаление опухоли под визуальным контролем с использованием операционного микроскопа, оснащенного источником белого света,

3) эпизодически во время операции осуществляют локальную подсветку интересующего участка мозга лазерным излучением с длиной волны около 405 нм, которая проводится с помощью находящегося в руках хирурга волоконно-оптического инструмента,

4) осуществляют одновременное наблюдение изображения объекта в отраженном белом свете и в свете красной флуоресценции ППIX через запирающий фильтр, который блокирует отраженное от объекта излучение лазера,

5) проводят удаление ткани в зонах интенсивной красной флуоресценции,

6) при необходимости визуализации слабой флуоресценции, связанной с небольшим накоплением ППIX, интенсивность белого освещения на время включения лазера уменьшают.

Реализация способа иллюстрируется следующим примером.

При обследовании пациента П. в нейрохирургической клинике ВМА с предварительным диагнозом глиобластома, поставленным с помощью МРТ. Больному перед операцией за 2 часа дали выпить 100 мл раствор препарата «Аласенс» (НИОПИК, Москва) из расчета 15 мг на 1 кг веса. Удаление опухоли выполнялось с использованием операционного микроскопа LEICA OHS-1 M520. Во время проведения операции для возбуждения флуоресценции использовался лазер с длиной волны излучения 405 нм и мощностью на выходе волоконного инструмента 400 мВт. При необходимости выяснения места локализации опухоли инструмент брался хирургом для подсветки интересующего участка поля зрения. При этом источник белого света не выключался. Проводилось наблюдение поля зрения как визуальным способом, так и с помощью цифровой телевизионной системы. В результате, при смешанном освещении белым светом и лазером с длиной волны 405 нм была получена картина участка мозга, пораженного глиальной опухолью, ярко красного цвета на фоне неизмененной ткани обычного цвета.

Предлагаемый способ по сравнению с известными способами дает следующие преимущества:

1) позволяет добиться высокой радикальности удаления глиальных опухолей,

2) уменьшает риск повреждения функционально значимых структур мозга,

3) позволяет осуществлять флуоресцентную диагностику при использовании обычных операционных микроскопов,

4) позволяет снизить расходы на оборудование.

Эффект получен за счет использования лазерного источника света, который обеспечивает высокую интенсивность возбуждения флуоресценции в нужной области спектра, которая соответствует области максимального поглощения порфиринов и находится вблизи коротковолновой границы визуального восприятия, что позволяет блокировать отраженное от объекта излучение лазера без ущерба для проведения наблюдений в белом свете.

1. Способ интраоперационной локализации глиального новообразования головного мозга, включающий прием до оперативного вмешательства раствора 5-аминолевулиновой кислоты, удаление опухоли под визуальным контролем с использованием операционного микроскопа, оснащенного источником белого света, отличающийся тем, что для выявления участков мозга, пораженных глиальной опухолью, эпизодически осуществляют локальную подсветку интересующего участка мозга лазерным излучением с длиной волны 405 нм, при этом осмотр области поражения осуществляют одновременно в отраженном белом свете и в свете красной флуоресценции протопорфирина IX через запирающий светофильтр, блокирующий отраженное от объекта излучение лазера.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при наблюдении слабо флуоресцирующих участков уменьшают интенсивность белого освещения при включенном лазерном излучении.