Самарские учёные определят рак при помощи света, а томские - по выдыхаемому воздуху

По спектру света можно определить очень многое, главное, знать, что означают те или иные изменения.

Фото George Digisnapper/Flickr.

Учёные Самарского национального исследовательского университета (СНИУ), Самарского государственного медицинского университета (СамГМУ) и Самарского областного клинического онкологического диспансера (СОКОД) совместно разработали новый метод ранней диагностики онкозаболеваний.

Для обнаружения онкопатологий в современной клинической практике обычно используются УЗИ, рентгеновская и компьютерная томография, магнитно-резонансная томография. Эти методы имеют свои ограничения как по точности результатов, так и по безопасности для пациентов. Новый метод основан на объединении гиперспектральной съёмки, разработанной на кафедре лазерных и биотехнических систем Самарского университета, и уникальных медицинских методик его анализа, созданных под руководством заведующего кафедрой онкологии СамГМУ профессора Сергея Козлова. Новый метод абсолютно безопасен, не требует использования химических реагентов, и позволяет быстро и с очень высокой точностью определить наличие или отсутствие патологии.

"Очень остро на сегодня стоит проблема диагностирования рака кожи. Дело в том, что при меланоме биопсия противопоказана. Если у пациента с раком кожи взять образец ткани, могут образоваться метастазы, что часто приводит к летальному исходу. Поэтому врачам приходится вырезать подозрительный участок полностью. Гиперспектральные методы в корне решают эту проблему", — убежден доцент кафедры лазерных и биотехнических систем Самарского университета Иван Братченко.

Техническая основа метода — гиперспектральная видеокамера, созданная учёными Самарского национального исследовательского университета совместно с научно-техническим центром уникального приборостроения РАН Москвы, и специальная система обработки поступающей с неё информации.

В отличие от обычной, бытовой камеры, которая выделяет только три цвета: красный, зелёный и синий, гиперспектральная видеокамера может "видеть" сотни и даже тысячи оттенков различных цветов, создавая так называемый "гиперкуб", то есть массив изображений на различных длинах волн. "Видение" во всём диапазоне позволяет отделять зоны онкологических патологий от здоровых тканей.

"Гиперспектральная камера позволяет одномоментно снимать в очень многих спектральных диапазонах. Это равносильно тому, что в вашем распоряжении тысячи камер, которые ведут запись одновременно каждая в своём цвете. Свертка изображений, то есть комбинация этих многочисленных снимков даёт видение разных визуальных объектов. Если есть подозрение на онкологию, это значит, что клетки изменены, в этом случае они спектрально различаются. Когда мы смотрим в диапазоне, доступном нашему глазу, мы их не видим по той простой причине, что наш глаз их не фиксирует, а гиперспектральная камера их заметит", — объясняет заведующий кафедрой лазерных и биотехнических систем Самарского университета, профессор Валерий Захаров.

Сейчас учёные Самарского университета, СамГМУ и СОКОД разрабатывают сразу несколько методов гиперспектрального анализа онкозаболеваний. Одни — для того чтобы сканировать обширные участки тела человека для обнаружения предполагаемой патологии. Другие — более точечные, для детального изучения подозрительной локации.

Исследователями и инженерами уже создан прототип прибора для диагностики с помощью такого метода. Данный прототип проходит тестирование в Самарском областном клиническом онкологическом диспансере.

На базе этого прототипа через 2-3 года учёные намерены создать аппарат, который будет производить качественную диагностику онкозаболеваний методом гиперспектрального анализа автоматически. Благодаря невысокой цене такие приборы будут доступны в любой районной поликлинике, что позволит резко улучшить ситуацию с ранней диагностикой онкозаболеваний в России, уверены изобретатели. Добавим, что иностранные учёные проявляют большой интерес к разработкам самарских исследователей.

Их томские коллеги также значительно шагнули вперёд в диагностике онкозаболеваний - по выдыхаемому воздуху они теперь могут определить рак лёгких.

Как пишет ТАСС, учёные Томского государственного университета с помощью спектрального анализа научились с высокой точностью определять по выдыхаемому воздуху людей, страдающих бронхолёгочными заболеваниями, в том числе, раком лёгких. На основе своей разработки они также создают компактный и доступный прибор для массовых обследований населения.

Клинические исследования подтвердили способность методики с вероятностью выше 90% отличать больных раком лёгких от больных хронической обструктивной болезнью лёгких или здоровых испытуемых, и с 70% вероятностью выявлять здоровых, сообщает пресс-релиз ТГУ. Таким образом, метод продемонстрировал 80-процентную точность.

"Выдыхаемый человеком воздух — сложная газовая смесь, которая может отражать изменения, происходящие в организме при том или ином заболевании. Мы разработали методику анализа этой смеси и выявили наиболее специфические маркеры для отдельных заболеваний", — приводятся в пресс-релизе слова руководителя проекта, зампроректора по научной работе ТГУ Юрия Кистенева.

Для проведения анализа выдыхаемого воздуха учёные ТГУ используют лазерный газоанализатор. Разные группы маркеров заболеваний имеют на спектрах разные характерные полосы поглощения, поэтому с помощью лазерной спектроскопии можно одновременно оценить присутствие в образцах сразу многих маркеров. Исследователи из Томска предлагают использовать спектр поглощения целиком, поскольку он как "отпечаток пальца" содержит информацию обо всех компонентах и о медицинском состоянии пациента в целом. Поэтому в новой технологии отслеживают не отдельные показатели из спектра, а сразу вычисляют характерный набор коэффициентов по всем полученным данным. В результате учёные установили, что данные здоровых добровольцев и больных пациентов различаются и образуют разные референтные группы в спектре.

Исследования проходили в 2015 году, в них участвовало по 10 представителей каждой группы пациентов или здоровых людей. В этом году сбор данных продолжается. Промежуточные результаты учёные ТГУ представили в феврале 2016 года на конференции Photonics West, прошедшей в Сан-Франциско.

Эта работа — часть большого проекта, который ТГУ ведёт совместно с Сибирским государственным медицинским университетом и индустриальным партнёром ООО "Специальные технологии" (Новосибирск) в рамках федеральной целевой программы. В рамках этого проекта планируется разработать неинвазивный, точный и дешёвый способ, пригодный для проведения массовых обследований населения. Разработку методики учёные должны завершить до конца 2016 года, затем на её основе будет создаваться программно-аппаратный комплекс.

"Газоанализатор, который мы сейчас используем для исследований, — достаточно дорогой научный прибор с широким кругом возможностей. Мы планируем, что для конечного потребителя это будет простое устройство с одноразовым мундштуком, в который пациент должен сделать выдох, и после анализа устройство определит, болен человек или нет", — пояснил Кистенев.

Добавим, что по данным исследования GLOBOCAN 2012, проведённого Международным Агентством по Исследованию Рака (IARC), Россия в 2012 году заняла пятое место в мире по числу смертей онкологических больных, а это около 300 тысяч человек ежегодно.

По мнению международных исследователей, такие высокие показатели смертности от рака в России, в первую очередь, обусловлены тем, что выявление онкологических заболеваний происходит слишком поздно, только на 3-й и 4-й стадии, когда лечение почти неэффективно, а иногда и невозможно.