Дыхание в 4D: оптическая техника картирует эластичность стенок дыхательных путей во время бронхоскопии
Ученые разработали более быстрый метод измерения эластичности стенок дыхательных путей – свойства, которое может дать важную информацию о состоянии органов дыхания. Этот метод, описанный в журнале Journal of Biomedical Optics , может помочь оценить такие состояния, как обструкция дыхательных путей или ожоги, во время стандартной бронхоскопии, не увеличивая при этом значительное время процедуры и не увеличивая ее риск.
Эластография стенки дыхательных путей, проводимая с помощью эндоскопической оптической когерентной томографии (ОКТ), позволяет выявить едва заметные изменения в деформации тканей дыхательных путей при дыхании. Сочетая высокоразрешающую визуализацию ОКТ с датчиком давления, врачи могут рассчитать поперечную податливость — насколько расширяются или сужаются дыхательные пути под давлением. Однако современные методы требуют относительно длительного времени сканирования, что может быть непрактично в клинических условиях.
Новый подход использует метод 4D ОКТ-сканирования, «ретроспективного, с дыхательной синхронизацией». Вместо последовательного сканирования дыхательных путей от одного конца до другого исследователи перемещают сканирующий катетер пилообразно по участку длиной 50 мм. Это движение позволяет фиксировать каждую точку в разных точках дыхательного цикла, как при высоком, так и при низком давлении. После этого данные сортируются по положению и фазе дыхания для расчета комплайнса в каждой точке с пространственным разрешением 0,5 мм.
Команда проверила метод сначала в симуляциях, затем на жёстких и гибких моделях, и, наконец, на живых свиньях. На жёсткой модели, напечатанной на 3D-принтере, система воспроизвела геометрию с точностью до 0,11 мм от реальных размеров. В однородной силиконовой трубке измерения податливости варьировались всего около 4%, что свидетельствует о высокой повторяемости. Испытания на структурированном баллоне успешно картировали области высокой и низкой эластичности. Наконец, на живых свиньях система измерила значения податливости, согласующиеся с результатами предыдущих исследований, при этом фиксируя клинически значимые изменения вдоль дыхательных путей.
Важно отметить, что полное сканирование 50-миллиметрового канала заняло менее 42 секунд — около 0,42 секунды на измерение, что делает его пригодным для рутинного использования во время бронхоскопии. Авторы предполагают, что это может быть полезно для диагностики и мониторинга заболеваний верхних дыхательных путей, оценки степени тяжести травм и, возможно, для принятия решений о лечении.