Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка и создание устройства флуоресцентной визуализации для контроля накопления фотосенсибилизатора и мониторинга процесса фотодинамической терапии

Докладчик: Турчин Илья Викторович

Должность: Заведующий отделом ИПФ РАН, к.ф.-м.н.

Цель проекта:
Проект направлен на решение задачи вывода на рынок новой научно-технической продукции для оценки накопления фотосенсибилизатора и мониторинга процесса фотодинамической терапии в клинических условиях. Целью ПНИ является разработка, изготовление и апробация экспериментального устройства для оценки накопления фотосенсибилизатора и мониторинга процесса фотодинамической терапии. Данное устройство будет передано вместе с эскизной конструкторской и эксплуатационной документацией Индустриальному партнеру для последующего производства и вывода на рынок.

Основные планируемые результаты проекта:
В результате выполнения ПНИ будет создан экспериментальный образец устройства, предназначенный для оценки накопления фотосенсибилизатора и мониторинга процесса фотодинамической терапии в клинических условиях. Устройство позволит получать флуоресцентные изображения ткани и изображения в рассеянном свете с использованием одной цифровой камеры. Будет создана программа управления, обработки и визуализации данных, которая позволит контролировать накопление фотосенсибилизатора, а также отслеживать степень его выгорания в процессе ФДТ. Для данного устройства будет разработана эскизная конструкторская и эксплуатационная документации. Будут разработаны методические рекомендации для врачей кабинетов и отделений ФДТ по использованию разработанной системы. Будут проведены маркетинговые исследования. Разработанный комплект эскизной и рабочей документации и методические рекомендации для врачей после завершения проекта, согласно Договору между Участником конкурса и Индустриальным партнером о дальнейшем использовании результатов работы, будут переданы Индустриальному партнеру для последующей организации производства.
Разрабатываемый экспериментальный образец будет обеспечивать получение флуоресцентного изображения за время, не превышающее 3 секунды, обеспечивать получение изображения в рассеянном свете за время, не превышающее 3 секунды, обеспечивать время получения комбинированного изображения (флуоресцентного изображения, наложенного на изображение в рассеянном свете) за время, не превышающее 5 секунд, определять средний показатель уровней флуоресценции в опухоли и окружающих тканях, определять средний показатель уровней флуоресценции в опухоли и окружающих тканях во время фотодинамического воздействия. Разрабатываемый экспериментальный образец устройства будет совместим с терапевтическими лазерами.
В состав разрабатываемого экспериментального устройства входят: цифровая камера, сверхяркие светодиоды, светофильтры возбуждения и эмиссии, корпус, программа автоматизации и обработки данных.
В существующих на данный момент устройствах-аналогах с одной цифровой камерой либо отсутствует возможность параллельного наблюдения флуоресцентного изображения и визуализации самого объекта в рассеянном свете, либо для этого требуется система смены оптических фильтров, переключаемая в ручном режиме. В устройствах-аналогах, позволяющих осуществлять визуализацию во флуоресцентном и рассеянном свете, используется несколько видеокамер со сложными спектрально-селективными системами.
Разрабатываемое в рамках данного ПНИ устройство позволит осуществлять флуоресцентную визуализацию и визуализацию самого объекта в рассеянном свете путем использования единственной CCD-камеры, одного интерференционного фильтра и двух светодиодов, что позволит значительно упростить конструкцию без потери функциональности устройства по сравнению с аналогами. Единственным ограничением данного устройства является отсутствие возможности наблюдения объекта исследования в цветной (RGB) палитре. Однако данное ограничение может оказаться существенным только при использовании предлагаемого подхода в эндоскопических приложениях.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разработанная система будет применена для контроля накопления фотосенсибилизатора и мониторинга процесса фотодинамической терапии (ФДТ). Это позволит в дальнейшем при проведении более широких клинических исследований разработать четкие рекомендации по дозам режимам лазерного воздействия и их контролю.
Также разработанное устройство может быть использовано для диагностики онкологических заболеваний по накоплению фотосенсибилизатора (только поверхностные новообразования). Для этого потребуются дополнительные клинические исследования. На заключительном этапе проекта Индустриальным партнером будет организовано рабочее место для сборки, настройки и тестирования разработанного устройства с целью последующего производства.

Текущие результаты проекта:
На 1 этапе проекта выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы по теме проекта. Проведен анализ флуоресцентной визуализации на тестовых образцах, имитирующих по своим рассеивающим и поглощающим свойствам биоткани, с использованием фотосенсибилизатора отечественного производства Фотодитазин. В результате этих исследований определены оптимальные спектральные характеристики светодиодов и оптических фильтров в разрабатываемом устройстве, установлена возможность дополнительного наблюдения флуоресценции при возбуждении не только в красном (660 нм), но и в синем диапазоне длине волн (405 нм), что, возможно, позволит в дальнейшем извлекать дополнительную информацию по накоплению фотосенсибилизатора в тканях. Проведены клинические исследования по флуоресцентной визуализации при ФДТ в клинике с использованием устройства Флуовизур, разработанного Индустриальным партнером (ООО "Аткус"). В результате этих исследований:1) установлено необходимость наблюдения объекта исследования в обратно рассеянном излучении для идентификации области флуоресценции и адекватной оценки степени накопления фотосенсибилизатора в окружающих (здоровых) тканях, 2) определены оптимальные требования к характеристикам цифровой камеры (глубина пикселя, чувствительность, скорость передачи данных т др.). Разработана схема экспериментального устройства для оценки накопления фотосенсибилизатора и мониторинга процесса фотодинамической терапии, включающая в себя: цифровую камеру, оптический фильтр, светодиодные источники, система синхронизации светодиодов и камеры. Проведен анализ существующих на российском рынке цифровых камер, и, исходя из требований, выработанных при исследованиях на тестовых образцах и в клинике, определены наиболее подходящие варианты. Разработана архитектура программы обработки и автоматизации экспериментального устройства (определен список функций и технические требования к данной программе, определены элементы интерфейса к модулю отображения и обработки данных). Разработана программа и методики исследовательских испытаний экспериментального устройства для проведения испытаний на 3-м этапе выполнения ПНИ. Проведен поиск патентных документов по теме «Устройство для мониторинга процесса фотодинамической терапии» с целью определения патентной ситуации относительно результатов, полученных в ходе выполнения данной ПНИ. Определены наиболее близкие аналоги к теме ПНИ (ближайшим аналогом является пат. РФ 2221605 публ. 27.08.2003 г.) и сделан вывод о патентоспособности разрабатываемого устройства. Индустриальным партнером проведены маркетинговые исследования для разрабатываемого устройства. Результаты клинических исследований и перспективы развития флуоресцентной визуализации для мониторинга процесса ФДТ были доложены на межденародной конференции ALT-2014 (приглашенный доклад Н.М. Шаховой "Monitoring of PDT: What is the best for clinical practice") с привлечением внебюджетного финансирования.