Глубокая стимуляция мозга (DBS) — это нейрохирургическая операция, которая помогает пациентам с болезнью Паркинсона, эссенциальным тремором и обсессивно-компульсивным расстройством. Ее суть — вживление тонких электродов в строго определенные зоны мозга, чтобы регулировать сбои в его работе. Успех всей операции висит на волоске: электрод нужно установить с ювелирной точностью, буквально до миллиметра. Но вот беда: современные методы визуализации, например МРТ, зачастую не могут четко показать маленькие и глубокие структуры мозга. Это как искать иголку в стоге сена без очков.

Недавно в журнале Neurophotonics вышло исследование, предлагающее возможное решение. Ученые из Университета Лаваля (Канада) и Гарвардской медицинской школы (США) испытали новую оптическую технологию — поляризационно-чувствительную оптическую когерентную томографию (PS-OCT). Ее особенность в том, что она использует поляризованный свет, чтобы улавливать мельчайшие различия в структуре тканей. Если МРТ дает разрешение на уровне миллиметров, то PS-OCT видит детали в микронах. Это позволяет различать тончайшие волокна белого вещества мозга — проводящие пути, которые служат главными ориентирами для хирурга.

Исследователи провели эксперимент на посмертных образцах мозга животных. Они вводили в мозг тонкий катетер с PS-OCT-зондом по запланированной траектории, имитируя установку электрода для DBS. Пока зонд медленно извлекали обратно, он сканировал ткань и строил детальную картину ее внутреннего устройства. Затем эти изображения сравнили с данными МРТ и анатомическими эталонами.

Как это работает? Катетер вращается, а крошечная линза и призма в его наконечнике направляют свет в ткань. Система анализирует, как меняется поляризация света при прохождении через разные структуры. Это изменение, которое называют двулучепреломлением, напрямую зависит от упорядоченности и плотности нервных волокон. Чем волокна упакованнее и параллельнее, тем сигнал сильнее.

Что же показали результаты? PS-OCT смогла четче, чем МРТ, отличить серое вещество от белого. Она выявила тонкие волокнистые структуры, которые МРТ попросту не видела. Например, внутреннюю капсулу — плотный пучок волокон, критически важный для планирования операции. В одном из случаев PS-OCT обнаружила рядом с областью GPe (внешний сегмент бледного шара) хорошо организованные проводящие пути, невидимые на МРТ-снимках.

Чтобы наглядно сравнить методы, ученые усреднили данные вдоль пути зонда и с помощью кластеризации разделили типы тканей. Получились своеобразные «штрихкоды», показывающие переходы между белым и серым веществом.

• Штрихкод PS-OCT: Четкие, контрастные полосы с резкими переходами.
• Штрихкод МРТ: Размытые, не такие контрастные полосы с плавными переходами.

Эти «штрихкоды» от PS-OCT были намного четче и информативнее, что доказывает ее потенциал для навигации во время операции.

Конечно, у технологии пока есть ограничения. Она определяет ориентацию волокон только в двух измерениях. В идеале нужна 3D-карта. Кроме того, зонд в эксперименте был чуть толще стандартного электрода DBS, но более тонкие аналоги уже существуют и могут быть адаптированы для клиники.

Катетерная PS-OCT показывает большую перспективу как инструмент, дополняющий МРТ в нейрохирургии, — говорит ведущий автор исследования Шади Масуми из Университета Лаваля. — Она дает высокодетальную структурную информацию и визуализирует ключевые проводящие пути, что может помочь хирургам действовать точнее.

Далее последуют тесты в реальных операциях, интеграция в хирургический процесс и сравнение с диффузионной МРТ — другим методом картирования волокон. Если все получится, PS-OCT может стать незаменимым помощником нейрохирурга, повышая шансы пациентов на успех.

Реальная польза этого исследования — в потенциальном снижении числа неидеальных исходов DBS. Сейчас, несмотря на всю подготовку, часть электродов устанавливается с небольшим отклонением от идеальной точки. Это может привести к тому, что терапия будет менее эффективной или вызовет побочные эффекты (например, нарушения речи или мышечные сокращения). PS-OCT, используемая прямо во время операции, может стать системой немедленной обратной связи. Хирург будет видеть: сейчас электрод проходит через плотный пучок белого вещества, а вот сейчас он входит в нужное ядро серого вещества. Это похоже на переход от следования бумажной карте к поездке с GPS-навигатором, который в реальном времени показывает каждую полосу движения. В долгосрочной перспективе это означает для пациентов более выраженное улучшение симптомов, меньшее количество повторных операций по коррекции положения электрода и, как следствие, более высокое качество жизни.

Главное методологическое ограничение исследования — работа на посмертных образцах мозга животных. Такая модель не учитывает ключевые факторы живой хирургии: пульсацию сосудов, динамику ликвора (спинномозговой жидкости), минимальные смещения тканей при дыхании и, собственно, наличие кровотока. Оптический сигнал живой, перфузируемой кровью ткани может отличаться от фиксированной. Прежде чем говорить о клиническом внедрении, необходимо подтвердить, что PS-OCT сохраняет свою высокую точность и информативность в условиях реальной операции на живом мозге, где постоянно присутствуют микро-движения и другие физиологические «помехи».

Ранее хирурги научились оперировать мозг через нос.