Исследователи Университета штата Вашингтон и Медицинской школы Сент-Луиса создали очки дополненной реальности медицинского назначения. Они подсвечивают злокачественные клетки непосредственно в операционном поле. Это решает сразу две давние проблемы онкохирургии – необходимость удаления опухолей в пределах здоровых тканей и риск повторной операции из-за пропущенных регионарных метастазов.

“Компьютерра” уже писала о том, что отдельные хирурги стали использовать Google Glass для получения дополнительной информации во время проведения операций. Управление голосом и возможность увидеть нужные данные прямо перед глазами оказались как нельзя кстати.

Очки для визуализации атипичных клеток во время операции (фото: Robert Boston)
Очки для визуализации атипичных клеток во время операции
(фото: Robert Boston).

Вдохновившись этой идеей, практикующие врачи разных клиник стали искать другие варианты визуализации медицинских данных с использованием носимых компьютерных систем. Одной из первых сфер применения стала онкохирургия.

Обычно невооружённым глазом трудно определить чёткую границу между поражённой и здоровой тканью. Для выявления злокачественных клеток недостаточно простого увеличения. Требуются цитологические и гистологические методы, использующие сложную подготовку образцов и их окрашивание. Эти методы широко используются на дооперационном этапе и для послеоперационного контроля, однако бесполезны во время самой операции.

Хирургу приходится полагаться на косвенные признаки и собственный опыт. Каждый раз возникает дилемма – удалить фрагмент побольше или сохранить участок ткани, который выглядит нетронутым. Ошибки неизбежны. Они выявляются лишь через несколько дней по данным лабораторных исследований, а их устранение требует нового оперативного вмешательства.

В случае одной из наиболее частых форм – рака молочной железы – возникает нелёгкий выбор между радикальной операцией (мастэктомией) и органосохраняющей. Частота повторных вмешательств в последнем случае достигает 25%.

Разработанные очки помогают увидеть скопления атипичных клеток непосредственно в операционном поле. Они дают возможность гарантированно удалить их, выполнив манипуляции более аккуратно и достигая лучшего косметического эффекта.

Разрешающая способность первой модели очков позволяет увидеть злокачественные образования диаметром от 1 мм2. Технология была разработана группой исследователей под руководством Сэмюэля Акилефью (Samuel Achilefu) – профессора радиологии и биомедицинской инженерии. Ткани пациента обрабатываются контрастирующим агентом, за распределением которого наблюдают с помощью очков, состоящих из дисплея и цифровой камеры с ИК-подсветкой.

Сама идея была взята из схемы прибора ночного видения. Очки для хирурга-онколога получились полностью беспроводными, что важно для сохранения свободы действий. Питание осуществляется от литий-ионных батарей, ёмкости которых хватает даже на длительную операцию. Беспроводной модуль передаёт изображение с камеры на удалённый сервер, откуда его в реальном времени могут наблюдать другие специалисты и студенты. Таким образом, параллельно решается задача консультирования и обучения. Окуляр очков имеет функцию регулировки степени увеличения. Это позволяет выполнять более тонкие операции и рассмотреть едва заметные регионарные метастазы.

История создания очков ведёт начало от поиска безопасных и чувствительных методов обнаружения метастаз с помощью лазеров и ультразвука по фотоакустическому контрасту. Подходящий контрастирующий агент был определён в серии успешных экспериментов на крысах, выполнявшихся с 2011 года. Его же стали использовать и в новой технологии, пока не получившей официального названия.

В качестве контрастного вещества в опухоль и соседние ткани вводится флюоресцентный краситель – индоцианин зелёный. Его максимум поглощения приходится на 800 нм, поэтому он хорошо виден при подсветке в ближнем инфракрасном диапазоне (NIR). У здоровых и атипичных клеток разная скорость и характер метаболизма. Нормальные клетки не метаболизируют индоцианин, и спустя полтора часа он выводится из организма в неизменном виде. Атипичные клетки захватывают его и начинают светиться ярко-синим при использовании ИК-подсветки. По жизненным показаниям препарат может применяться даже у беременных, поскольку не проникает через плаценту.

Хирург-онколог Джули Маргенталер готовится к операции (фото: qctimes.com)
Хирург-онколог Джули Маргенталер готовится к операции (фото: qctimes.com).

Впервые операция с применением новых очков была проведена 10 февраля 2014 года в штате Миссури на базе онкологического центра имени Алвина Зайтмана. Её выполняла Джули Маргенталер (Julie Margenthaler) – соавтор технологии и адъюнкт-профессор хирургии Университета штата Вашингтон. Своими впечатлениями она поделилась с коллегами и местными журналистами: «Сейчас мы находимся на ранней стадии освоения этой технологии. Впереди нас ждёт большой объём доработок и тестирования, но мы, безусловно, впечатлены открывающимися возможностями и их значением для пациентов. Только представьте, что с помощью этих очков можно избавиться от повторных операций – или хотя бы значительно уменьшить их количество».

Ниже приводится фрагмент видеозаписи, на которой виден поражённый онкологическим процессом лимфатический узел. Место введения контрастирующего агента выглядит тёмно-синим. Злокачественные клетки окрашены ярко-синим.

Следующим опытом практического применения очков должна стать операция по удалению меланомы, запланированная на конец февраля. Её будет выполнять доцент хирургии Райан Филдс (Ryan Fields). Комментируя подготовку к операции, он сказал: “Приветствует новую технологию, которая теоретически способна визуализировать любой тип карциномы”.