Вышедшие номера
Home » Оптика и спектроскопия » Год 2026, выпуск 5 » Статья стр. 476
<<<>>>
Сопоставление возможностей оптической спектроскопии с частотным подходом и импедансной реографии для решения диагностических задач в хирургии
Министерство образования и науки Российской Федерации, Государственное задание, FSFN-2024-0052
Бельшева М.Н. 1, Сафонова Л.П. 1, Кобелев А.В. 1, Федоренко В.И. 1, Чернов И.В. 1, Шкарубо А.Н. 1
1Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия
Email: belsheva@bmstu.ru, lpsafonova@bmstu.ru, ak@bmstu.ru, fedorenkovi@bmstu.ru, chernoviv@bmstu.ru, shkaruboan@bmstu.ru
Поступила в редакцию: 5 декабря 2025 г.
В окончательной редакции: 23 января 2026 г.
Принята к печати: 27 марта 2026 г.
Выставление онлайн: 8 июня 2026 г.
PDF версия
Среди методов диагностики в хирургии можно выделить метод оптической спектроскопии с временным разрешением в красном и ближнем инфракрасном диапазонах длин волн и метод электроимпедансной реографии. Оба метода эффективны для локального зондирования ткани на заданную глубину. Оптическая спектроскопия предоставляет абсолютные оценки кровенаполнения и позволяет обнаруживать нейроваскулярные включения. В реографии измеряемое значение базового импеданса используется для оценки динамики кровотока и контактного сопротивления. Целью исследования является сопоставление возможностей обоих методов для анализа физиологической динамики кровотока, для обнаружения нейроваскулярных включений и оценка целесообразности комбинированного применения методов в хирургической диагностике: в пластической хирургии для оценки адекватности кровоснабжения тканевых лоскутов интра- и постоперационно, в кардиохирургии - для оценки эффективности реперфузии миокарда интраоперационно, в нейрохирургии - для интраоперационного обнаружения и идентификации нейроваскулярных включений в объёме удаляемой опухоли. Для экспериментальных исследований разработан макет комбинированного малоразмерного оптоволоконного зонда со встроенной тетраполярной электродной сборкой и использовались коммерческие спектрометр и электроимпедансный реограф. Проводились одномоментные измерения in vivo на руках добровольцев, измерения на однородных и неоднородных желатиновых тест-объектах и численное моделирование обнаружения нейроваскулярных включений оптическим и электроимпедансным методами. Результаты предварительных исследований позволили выявить возможности электроимпедансного метода для распознавания нейроваскулярных включений, ограничения и перспективы комбинированного применения методов для диагностики в хирургии. Ключевые слова: интраоперационная диагностика, спектроскопия с частотным подходом, нейроваскулярные структуры, электроимпедансная реография, мультимодальные измерения, численное моделирование
  1. I. Rogon, A. Rogon, M. Kaczmarek, A. Bujnowski, J. Wtorek, F. Lachowski, J. Jankau. J. Clin. Med., 13 (18), 5467 (2024). DOI: 10.3390/jcm13185467
  2. Handbook of Medical Image Computing and Computer Assisted Intervention, ed. by S.K. Zhou, D. Rueckert, G. Fichtinger (Academic Press is an imprint of Elsevier, London, United Kingdom; San Diego, CA, United States, 2020)
  3. H. De Cuyper, J. Poelaert. J. Cardiothorac. Vasc. Anesth., 38 (3), 829 (2024). DOI: 10.1053/j.jvca.2023.11.042
  4. K. Nam, Y. Jeon. Anesth. Pain Med., 17 (1), 24 (2022). DOI: 10.17085/apm.22127
  5. D. Arora, Y. Mehta. Ann. Card. Anaesth., 19 (4), 580 (2016). DOI: 10.4103/0971-9784.191557
  6. E. Smistad, K.F. Johansen, D.H. Iversen, I. Reinertsen. J. Med. Imag., 5 (4), 044004 (2018). DOI: 10.1117/1.JMI.5.4.044004
  7. A.N. Shkarubo, I.V. Chernov, A.A. Ogurtsova, D.A. Moshchev, A.J. Lubnin, D.N. Andreev, K.V. Koval. World Neurosurg., 98, 230 (2017). DOI: 10.1016/j.wneu.2016.10.089
  8. Clinical Anatomy of the Heart, ed. by A.A. Kagan (Geotar-Media, Moscow, 2018)
  9. Oncoplastic surgery, ed. by X. Zhou, Y. Cao, W. Wang,1st ed. (Springer Singapore, Singapore, 2018). DOI: 10.1007/978-981-10-3400-8
  10. M. Wolf, M. Ferrari, V. Quaresima. J. Biomed. Opt., 12 (6), 062104 (2007). DOI: 10.1117/1.2804899
  11. S. Fantini, A. Sassaroli. Front. Neurosci., 14, 300 (2020). DOI: 10.3389/fnins.2020.00300
  12. X. Zhou, Yu. Xia, J. Uchitel, L. Collins-Jones, Sh. Yang, R. Loureiro, R.J. Cooper, H. Zhao. Biomed. Opt. Express, 14 (7), 3234-3258 (2023). DOI: 10.1364/BOE.484044
  13. R.A. Stillwell, V.J. Kitsmiller, A.Y. Wei, A. Chong, L. Senn, T.D. O'Sullivan. Biomed. Opt. Express, 12 (11), 7261 (2021). DOI: 10.1364/BOE.435913
  14. Handbook of Optical Biomedical Diagnostics, ed. by V.V. Tuchin (SPIE Press, Bellingham, Washington, 2002)
  15. M. Belsheva, L. Safonova, A. Shkarubo, I. Chernov. J. Biophotonics, e202500220 (2025). DOI: 10.1002/jbio.202500220
  16. U. Utzinger, R.R. Richards-Kortum. J. Biomed. Opt., 8 (1), 121 (2003). DOI: 10.1117/1.1528207
  17. B. Freiesleben De Blasio, J. Wegener. Encyclopedia of Medical Devices and Instrumentation, 2nd ed. (Wiley, 2006), Impedance Spectroscopy. DOI:10.1002/0471732877.emd282
  18. H. Hutten. Encyclopedia of Medical Devices and Instrumentation 2nd ed. (Wiley, 2006), Impedance Plethysmography. DOI:10.1002/0471732877.emd144
  19. C. Wang, D. Xing, S. Zhou, F. Fang, Y. Fu, F. Xu. Front. Neurol., 14, 1190140 (2023). DOI: 10.3389/fneur.2023.1190140
  20. J. Shin, E. Park. J. Clin. Med., 13 (8), 2350 (2024). DOI: 10.3390/jcm13082350
  21. S. Hossain. Electromagn. Biol. Med., 40 (1), 65 (2021). DOI: 10.1080/15368378.2020.1850471
  22. E. Shirshin, B. Yakimov, D. Davydov, A. Baev, G. Budylin, N. Fadeev, L. Urusova, N. Pachuashvili, O. Vasyukova, N. Mokrysheva. Anal. Methods, 16 (9), 175 (2024). DOI: 10.1039/D3AY01901B
  23. A.Y. Owda, A.J. Casson. BioRxiv, 2020. DOI: 10.1101/2020.05.30.125070
  24. S. Grimnes, O.G. Martinsen, A. Heiskanen. Bioimpedance and Bioelectricity Basics, 2nd ed. (Elsevier Academic Press, Amsterdam Boston, 2008)
  25. S.I. Shchukin. Modeling of the processes of plethysmogram formation and investigation of the informativeness of its parameters (Bauman Moscow State Technical University Publishing House, Moscow, 1991)
  26. M. Al-harosh, M. Belsheva, A. Smirnova. In Proc. of the 2022 Ural-Siberian Conf. on Computational Technologies in Cognitive Science, Genomics and Biomedicine (CSGB) (IEEE, 2022), p. 140. DOI: 10.1109/CSGB56354.2022.9865606
  27. L.G.A.W. Meng, A.W. Gelb, B.S. Alexander, A.E. Cerussi, B.J. Tromberg, Z. Yu, W.W. Mantulin. Br. J. Anaesth.,  108(5), 815 (2012). DOI: 10.1093/bja/aes023
  28. M. Jermyn, H. Ghadyani, M.A. Mastanduno, W. Turner, S.C. Davis, H. Dehghani, B. Pogue. J. Biomed. Opt., 18 (8), 86007 (2013). DOI: 10.1117/1.JBO.18.8.086007
  29. H. Dehghani, M.E. Eames, P.K. Yalavarthy, S.C. Davis, S. Srinivasan, C.M. Carpenter, B.W. Pogue, K.D. Paulsen. Commun. Numer. Methods Eng., 25 (6), 711 (2008). DOI: 10.1002/cnm.1162
  30. A.M. Chiarelli, D. Perpetuini, C. Filippini, D. Cardone, A. Merla. Neurophoton., 6 (3), 035005 (2019). DOI: 10.1117/1.NPh.6.3.035005
  31. S.Y. Lee, C. Zheng, R. Brothers, E.M. Buckley. Biomed. Opt. Express, 10 (10), 5362 (2019). DOI: 10.1364/BOE.10.005362
  32. R. Huang, K. Qing , D. Yang , K.S. Hong. Biomed. Signal Process. Control., 72, 103301 (2022). DOI: 10.1002/cnm.1162
  33. P. Virtanen, R. Gommers, T.E. Oliphant, M. Haberland, T. Reddy, D. Cournapeau, E. Burovski, P. Peterson, W. Weckesser, J. Bright, S.J. van der Walt, M. Brett, J. Wilson, K.J. Millman, N. Mayorov, A.R.J. Nelson, E. Jones, R. Kern, E. Larson, C.J. Carey, I. Polat, Y. Feng, E.W. Moore, J. VanderPlas, D. Laxalde, J. Perktold, R. Cimrman, I. Henriksen, E.A. Quintero, C.R. Harris, A.M. Archibald, A.H. Ribeiro, F. Pedregosa, P. van Mulbregt, A. Vijaykumar, A.P. Bardelli, A. Rothberg, A. Hilboll, A. Kloeckner, A. Scopatz, A. Lee, A. Rokem, C.N. Woods, C. Fulton, C. Masson, C. Haggstrom, C. Fitzgerald, D.A. Nicholson, D.R. Hagen, D.V. Pasechnik, E. Olivetti, E. Martin, E. Wieser, F. Silva, F. Lenders, F. Wilhelm, G. Young, G.A. Price, G.-L. Ingold, G.E. Allen, G.R. Lee, H. Audren, I. Probst, J.P. Dietrich, J. Silterra, J.T. Webber, J. Slaviv c, J. Nothman, J. Buchner, J. Kulick, J.L. Schonberger, J.V. de Miranda Cardoso, J. Reimer, J. Harrington, J.L.C. Rodri guez, J. Nunez-Iglesias, J. Kuczynski, K. Tritz, M. Thoma, M. Newville, M. Ku mmerer, M. Bolingbroke, M. Tartre, M. Pak, N.J. Smith, N. Nowaczyk, N. Shebanov, O. Pavlyk, P.A. Brodtkorb, P. Lee, R.T. McGibbon, R. Feldbauer, S. Lewis, S. Tygier, S. Sievert, S. Vigna, S. Peterson, S. More, T. Pudlik, T. Oshima, T.J. Pingel, T.P. Robitaille, T. Spura, T.R. Jones, T. Cera, T. Leslie, T. Zito, T. Krauss, U. Upadhyay, Y.O. Halchenko, Y. Vazquez-Baeza, SciPy 1.0 Contributors. Nat. Methods, 17(3), 261 (2020). DOI: 10.1038/s41592-019-0686-2
  34. F. Pedregosa, G. Varoquaux, A. Gramfort, V. Michel, B. Thirion, O. Grisel, M. Blondel, P. Prettenhofer, R. Weiss, V. Dubourg, J. Vanderplas, A. Passos, D. Cournapeau, M. Brucher, M. Perrot, E. Duchesnay. JMLR, 12 (85), 2825 (2011).

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.

Учредители

Издатель

© 2026 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme