Новый способ наблюдения за кровотоком мозга во время операций может предотвратить инвалидность и спасти жизни

Ученые из Техасского университета в Остине разработали инновационный метод наблюдения за кровотоком мозга во время хирургических операций. Новая технология позволяет получать подробную картину кровоснабжения тканей в режиме реального времени с использованием обычных камер, что может существенно повысить безопасность нейрохирургических вмешательств и улучшить результаты лечения пациентов. Контроль кровотока является одной из самых сложных и ответственных задач во время операций на головном мозге.

Даже кратковременное нарушение кровоснабжения способно привести к необратимым повреждениям нервной ткани, инсульту или тяжелой инвалидности. Однако существующие методы мониторинга часто ограничены по точности, охвату области наблюдения или требуют дорогостоящего оборудования. Разработанный американскими исследователями метод получил название SIMSI (Sinusoidal Intensity Modulation Speckle Imaging — спекл-визуализация с синусоидальной модуляцией интенсивности).

Результаты работы опубликованы в авторитетном научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. В основе новой технологии лежит явление динамического рассеяния света. Когда лазерный луч освещает живую ткань, движущиеся эритроциты создают характерную зернистую световую картину, известную как спекл-изображение. Чем быстрее движется кровь, тем сильнее размывается эта структура. Анализируя изменения изображения, ученые могут оценивать скорость кровотока. Подобный подход используется уже много лет в технологии лазерной спекл-контрастной визуализации (LSCI).

Однако у него есть важный недостаток: система показывает лишь относительные изменения. Врачи могут увидеть, что кровоток увеличился или уменьшился, но не могут точно определить его абсолютные значения. Новая технология SIMSI устраняет это ограничение. Исследователи предложили во время съемки изменять интенсивность лазерного освещения по специальному синусоидальному закону. Такая модуляция происходит внутри времени экспозиции камеры и позволяет закодировать дополнительную информацию о движении крови непосредственно в изображении. В сочетании с новой математической моделью этот подход дает возможность получать количественные данные о кровотоке без необходимости использовать сверхскоростные камеры.

В результате даже стандартное оборудование способно фиксировать быстрые процессы, которые раньше оставались недоступными для наблюдения. Руководитель проекта профессор Эндрю Данн отметил, что проблема точного измерения кровотока долгое время оставалась одной из ключевых в биомедицинской визуализации. По его словам, новая методика позволяет получать физически значимые количественные показатели при сохранении высокой скорости работы и практичности, необходимой для клинического применения. Особенно важно то, что технология работает бесконтактно. Для получения изображения не требуется вводить контрастные вещества или касаться тканей пациента. Это снижает риски и упрощает использование системы непосредственно в операционной.

Разработчики считают, что область применения технологии не ограничится нейрохирургией. Она может оказаться полезной при кардиохирургических операциях, в реконструктивной хирургии для оценки жизнеспособности тканей, в лечении инсульта, а также в исследованиях деменции, черепно-мозговых травм и других заболеваний, связанных с нарушением кровообращения. Работа над данной технологией ведется уже четверть века. Еще в 2001 году профессор Данн участвовал в первых исследованиях, демонстрировавших возможность визуализации мозгового кровотока с помощью лазерных спеклов. В 2010 году технология впервые была адаптирована для использования в операционной. А в 2024 году разработанная хирургическая платформа SpeckleView была лицензирована медицинскому стартапу Dynamic Light для дальнейшей коммерциализации.

По мнению авторов исследования, SIMSI является частью более масштабного направления по созданию доступных систем количественной визуализации кровотока. Благодаря сочетанию специально управляемого освещения и физических моделей обработки изображений стандартные камеры смогут выполнять задачи, которые ранее требовали сложного и дорогостоящего оборудования. Если технология успешно пройдет дальнейшие испытания и внедрение в клиническую практику, хирурги получат новый инструмент для раннего обнаружения опасных нарушений кровоснабжения тканей. Это позволит быстрее принимать решения во время операций, снизить риск осложнений и повысить шансы пациентов на полное восстановление после тяжелых заболеваний и травм головного мозга.

• Кто полетит на Artemis 3 NASA готовится объявить экипаж одной из самых важных миссий нового лунного проекта
• Учёные впервые заглянули внутрь живых стволовых клеток и увидели, как начинается старение
• Учёные заблокировали белок, который помогает болезни Паркинсона распространяться по мозгу
• Белок восстановления ДНК может стать ключом к новым методам лечения рака
• Учёные выявили сотни генов, связанных с зависимостями: исследование охватило Европу, Африку и Америку
• Тест мозга поможет предсказать, кто сможет достичь оргазма во время терапии антидепрессантами
• Полиненасыщенные жирные кислоты помогают обратить возрастное ухудшение зрения
• Магний, микробиом и снижение риска рака кишечника