Том 49, № 6 (2021)

Актуальность. Большинство данных об эффективности систем анализа цифровых рентгенологических изображений предоставлено самими разработчиками и  нуждается в  качественной проверке на базах данных, подготовленных независимо от разработчика.

Цель  – проанализировать информативность автоматического распознавания округлых образований в легких при цифровой рентгенографии с  использованием одного из общедоступных диагностических алгоритмов на публично недоступных эталонных наборах данных.

Материал и  методы. Исследование основано на распознавании и  анализе цифровых рентгенологических изображений из двух публично недоступных эталонных наборов данных, имеющих государственную регистрацию (Российская Федерация), посредством одного из общедоступных диагностических алгоритмов FutureMed Analyzer. Работа выполнена на примере двух моделей рентгенологического скрининга: модель 1  состояла из 100  рентгенограмм легких с  соотношением «норма:патология» 94%:6%, модель 2  состояла из 5150 рентгенограмм легких с соотношением «норма:патология» 97%:3%.

Результаты. Анализ результатов интерпретации рентгенограмм диагностической системой показал: из рентгенограмм модели  1 было верно интерпретировано 98%  случаев, модели 2 – 95%. При этом 83% случаев из модели 1 и 69% из модели 2 были интерпретированы как рентгенограммы с  наличием патологических изменений в  легких. Количество правильных ответов при разделении рентгенограмм легких на две категории – «норма» и «патология» – в отношении моделей 1 и 2 составило 95 и 98% соответственно. Чувствительность в  выявлении патологических образований колебалась от 69 до  83%. Специфичность составила  99% для рентгенограмм из модели 1 и 96% для рентгенограмм из модели 2. Был получен довольно низкий показатель гиподиагностики: для модели 1 – 17%, для модели 2 – 31%. Параметр «площадь под кривой» для модели 1 был равен 0,91, для модели 2 – 0,85.

Заключение. Диагностическая эффективность автоматического анализа изображений на основе сверточных нейронных сетей приближается к  аналогичным показателям врачей-рентгенологов. Эта система автоматического выявления патологических изменений не смогла решить наиболее сложные проблемы выявления округлых образований с низкими плотностными характеристиками (согласно данным компьютерной томографии  – по типу «матового стекла») и  так называемую проблему суммации теней при локализации патологических изменений в  таких затруднительных для интерпретации местах, как верхушки легких, ключицы, ребра и  др. Для выбора подходящей системы медицинским учреждениям необходимо выполнять предварительное тестирование на собственных моделях, эквивалентных исследованиям, которые проводятся в данном учреждении (параметры выполнения рентгенографии, характер и частота выявляемой патологии).

Актуальность. Трехмерное моделирование различных анатомических структур стало в последнее время самостоятельным направлением топографо-анатомических и биомеханических исследований. Существующие методы визуализации in vivo и количественного анализа in silico позволяют выполнять точное моделирование этих процессов с целью изучения патогенеза заболеваний сердечно-сосудистой системы, прогнозирования рисков, планирования хирургических вмешательств и виртуальной отработки их отдельных этапов.

Цель – разработка методов создания, анализа и валидации персонализированных моделей различных структур сердца и дуги аорты с учетом их морфологических особенностей.

Материал и методы. В ходе работы были использованы 14 компьютерно-томографических исследований рандомизированных больных, не имеющих аномалий и/или патологии сердца, аортального клапана и луковицы аорты. Анализ и дальнейшие преобразования томограмм осуществляли с помощью программного обеспечения (ПО) Vidar DICOM Viewer, SolidWorks 2016, VMTKLab. Для FSI-моделирования дуги аорты по данным функциональной мультиспиральной компьютерной томографической (МСКТ)-коронарографии (женщина, 55 лет) была создана персонализированная модель восходящего отдела аорты и дуги аорты в момент начала систолы. В ПО HyperMesh (Altair Engineering Inc., США) построена сетка конечных элементов проточной области, адвентиции и медии аорты. Для моделирования механических свойств структур аорты применена анизотропная гиперупругая модель материала Хольцапфеля – Гассера – Огдена. Моделирование материалов, постановку граничных условий и анализ взаимодействия жидкости и структуры (англ. fluid-structure interaction, FSI) проводили в ПО Abaqus CAE 6.14 (Simulia, Johnston, США). При создании конечно-элементного шаблона левого желудочка сердца использовали стратегию адаптивного мешинга изображения, предложенную Янгом. Реализация алгоритма выполнена в среде программной разработки IDE PyCharm на языке Python 3.7. Базисом для реализации алгоритма стали библиотеки с открытым исходным кодом (англ. opensource libraries) OpenCV, NumPy, Matplotlib и SciPy.

Результаты. Первым этапом разработки модели аортального клапана стало построение его виртуального 3D-шаблона, после чего была построена целостная геометрическая модель. Следующим этапом работы над шаблоном было преобразование геометрической модели аортального клапана в параметрическую, что было реализовано путем применения встроенного в SolidWorks инструмента «Уравнения». В ходе работы с моделью каких-либо проблем с геометрией при деформации не выявлено. Для моделирования сегмента аорты были использованы данные функциональной МСКТ-коронарографии. На основе этих данных с применением ПО Inobitec DICOM Viewer генерировалась мультипланарная реконструкция зоны интереса, включающая анатомические структуры сердца и дуги аорты. Из полученного набора контуров была создана трехмерная модель, которая затем конвертировалась в полигональную STL-модель (англ. stereolithography). Разработан алгоритм адаптивного мешинга для создания полигонального деформируемого шаблона, применимого для регистрации как сетчатыми методами (B-Spline), так и на основе особенностей изображения (гомологичные пиксели).

Заключение. Разработанная параметрическая 3D-модель анатомических структур аортального клапана способна адекватно изменять свою геометрию при внешних воздействиях и может быть использована в симуляторах эндоваскулярных кардиохирургических вмешательств.

Актуальность. Химиотерапия – один из методов лечения рака легкого. В связи с невысокой эффективностью цитотоксических препаратов и  их побочными эффектами актуален поиск новых веществ. Перспективную группу соединений, проявляющих различные виды биологической активности, в том числе противоопухолевую, составляют алкалоиды трополонового ряда  – семичленные небензоидные ароматические соединения. 2-(6,8-диметил-5-нитро-4- хлорхинолин-2-ил)-5,6,7-трихлор-1,3-трополон, синтезированный в НИИ физической и органической химии Южного федерального университета, относится к новым соединениям в ряду 2-хинолин-2-ил-производных 1,3-трополона.

Цель  – оценить противоопухолевый эффект 2-(6,8-диметил-5-нитро-4-хлорхинолин-2-ил)- 5,6,7-трихлор-1,3-трополона в  отношении подкожных ксенографтов культуры рака легкого А-549 на иммунодефицитных мышах Balb/c Nude.

Материал и  методы. Исследование проводили на 50  иммунодефицитных мышах линии Balb/c Nude, разделенных на 4  опытные группы в  зависимости от дозы исследуемого вещества  – 0,0055, 0,055, 0,55 и  2,75  мг/г и  на 5-ю  – контрольную. В  качестве ксенотрансплантата использовали клеточную линию рака легкого А-549. Противоопухолевый эффект трополона оценивали с учетом показателя торможения роста опухоли и  индекса роста опухоли. Длительность эксперимента составляла 36 дней начиная с первого введения веществ.

Результаты. Показатель среднего объема опухоли на 36-е  сутки эксперимента в  группе контроля и  опытных группах  1, 2, 3 и  4 составил 2729,5; 2150,8; 1746,4; 952,3 и  678,9  мм³ соответственно. Значения индекса роста опухоли в  группах  1, 2, 3 и  4 были статистически значимо ниже в сравнении с 5-й группой (контроль) начиная с  24, 21, 21 и  15  суток соответственно и до конца эксперимента. Наибольшие различия между группами 4 и 5 наблюдались на 33- и  36-е  сутки исследования  – в  3,7  (р=0,01) и 4,1 (p=0,003) раза соответственно.

Обсуждение. Выявленный в  данном исследовании противоопухолевый эффект 2-(6,8-диметил-5-нитро-4-хлорхинолин-2-ил)-5,6,7- трихлор-1,3-трополона может быть связан с  различными механизмами. Например, его близкородственное соединение хиноктиол, по результатам многочисленных исследований, проявляет цитотоксическое действие, связанное с остановкой клеточного цикла, индукцией апоптоза, повреждением ДНК, аутофагической гибелью опухолевых клеток.

Заключение. Получены статистически значимые различия показателей объемов ксенографтов во всех опытных группах по сравнению с  группой контроля. Наиболее эффективной дозой исследуемого соединения, приводящей к  медленному снижению темпов роста опухолей и уменьшению объемов подкожных ксенографтов, была 2,75 мг/г массы мыши.

Актуальность. Исследование структурных особенностей и  функционального состояния клеток иммунной системы и  прежде всего лимфоцитов имеет большое значение как для фундаментальной, так и  для клинической медицины. Необходима разработка простых и надежных методов анализа, позволяющих быстро и  эффективно оценивать активность клеток в реальном времени.

Цель  – оценить эффективность использования метода интерференционной микроскопии в  сравнении с  классическими методами (ДНК-спектрометрия, ДНК-цитометрия и  проточная цитофлюориметрия с  использованием интернализованной флюоресцентной метки CFSE (carboxyfluorescein succinimidyl ester)) при оценке индуцированной фитогемагглютинином (ФГА) пролиферации лимфоцитов крови человека.

Материал и  методы. ФГА-индуцированную пролиферативную активность лимфоцитов крови 10  здоровых добровольцев оценивали с  использованием различных методических подходов. Бласт-трансформацию лимфоцитов вызывали их инкубацией в  течение 5  суток в присутствии 5 мкг/мл ФГА. Пролиферативную активность клеток оценивали 1) методом ДНКметрии  – в  специализированном планшете Tecan NanoQuant PlateTM путем измерения оптической плотности, на планшет-ридере Infinite 200 Pro; 2) методом цитофотометрии с последующим анализом распределения клеток по содержанию дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) после окраски красителем Фельгена с помощью системы визуализации на базе светового микроскопа Olympus BX41, видеокамеры ProgRes CF; 3) методом проточной цитометрии с  использованием интернализованной флюоресцентной метки CFSE, анализ проводили на проточном цитометре BD FACS Calibur; 4) измерением параметров интерференционного профиля лимфоцитов при помощи модуляционного интерференционного микроскопа МИМ-340 («Швабе», Россия). В  качестве критерия оценки функционального состояния лимфоцитов определяли функциональную активность ядра (англ. functional activity of the nucleus, FAN).

Результаты. Инкубация лимфоцитов с  ФГА приводила к  увеличению линейного размера клеток на 22,2±2,8%  мкм, уменьшению фазовой высоты на 46,3±4,7%  нм ( p=0,019) и  увеличению FAN на 75,9±9,4% по сравнению с контролем (p=0,046). По данным спектроскопии выделенной ДНК, стимуляция лимфоцитов ФГА сопровождалась увеличением количества ДНК на 55% по сравнению с исходным значением (до 409,8±22,3 против 264,3±25,0 нг/мкл, p=0,049). Реакция Фельгена выявила, что в контрольной выборке ядра, содержащие ДНК в  количестве, превышающем 2n, составляют 2%, а в выборке активированных ФГА лимфоцитов – 14,8% с разницей между группами 12,8%. Окраска лимфоцитов CFSE с последующей инкубацией проточной цитофлюориметрией культивированных клеток показала повышение процента пролиферирующих клеток с 1,68±0,9% в контроле до 55,56±5,6%  (p=0,00068) под влиянием митогена.

Заключение. По сравнению с  классическими методами оценки активности лимфоцитов метод модуляционной интерференционной микроскопии не требует пробоподготовки, показывает сопоставимую и  даже большую эффективность, при этом позволяет изучать функциональное состояние лимфоцитов в  реальном времени в динамике культивирования. Это открывает широкие возможности для оценки клеток иммунной системы в исследовательских и диагностических целях.

Обоснование. Механические свойства мембран клеток и  их структурная организация считаются одними из наиболее важных биологических параметров, влияющих на функциональное состояние клетки. При воздействии патогенных факторов различной природы мембраны эритроцитов теряют эластичность. Как при этом изменяются их биомеханические характеристики – вопрос важный, но малоизученный. Представляется интересным изучить деформацию нативных эритроцитов на глубину, соизмеримую с их деформацией в кровотоке.

Цель  – исследовать закономерности глубокой деформации и  особенности структурной организации мембран нативных эритроцитов до и  после воздействия физико-химических агентов in vitro.

Материал и  методы. Морфологию клеток, особенности наноструктуры и  деформации мембран нативных эритроцитов в  растворе гемоконсерванта CPD/SAGM исследовали с  использованием атомно-силового микроскопа NTEGRA Prima. В качестве модификаторов применяли гемин, ионы цинка (Zn²⁺) и  ультрафиолетовое излучение (УФ). Для характеристики жесткости мембраны измеряли силовые кривые F(h), hHz – глубину, до которой процесс погружения зонда описывается взаимодействием с однородной средой, а также оценивали величину модуля Юнга мембраны эритроцитов.

Результаты. Установлено, что воздействие гемина, Zn²⁺ и УФ приводило к трансформации формы клеток, возникновению топологических дефектов и  изменению механических характеристик мембран эритроцитов. При воздействии гемина модуль Юнга увеличился с  10±4 до 27,2±8,6 кПа (p<0,001), под влиянием Zn²⁺ – до 21,4±8,7  кПа (p=0,002), УФ  – до 18,8±5,6  кПа (p=0,001). Величина hHz составила 815±210  нм для контрольного образца и  уменьшалась после действия гемина до 420±80  нм (p<0,001), Zn²⁺ – до 370±90 нм (p<0,001), УФ – 614±120 нм (p=0,001).

Заключение. Полученные результаты способствуют более глубокому пониманию процессов взаимодействия поверхностей мембран нативных эритроцитов со стенками мелких сосудов и могут быть полезны в клинической медицине как дополнительные характеристики при оценке качества эритроцитов, а  также послужить основой для биофизических исследований механизма действия окислительных процессов различного происхождения.

Инсульт  – основная причина инвалидности взрослого населения в  мире. Последствия инсульта могут включать в  себя различные нарушения  – двигательные, когнитивные, эмоционально-поведенческие расстройства, что ведет к снижению активности больного в повседневной жизни, нарушению способности к  самообслуживанию, а  также негативно влияет на качество жизни. В  настоящей статье дано описание клинического случая применения новой комплексной программы нейрореабилитационного лечения у пациентки в раннем восстановительном периоде ишемического инсульта со спастическим гемипарезом, умеренными когнитивными и  аффективными расстройствами.
Программа нейрореабилитации основана на использовании биологической обратной связи по опорной реакции с применением слухового и  зрительного каналов, где последовательно применяются классические статические и динамические стабилометрические тренинги в  положении больного стоя на платформе, а  также занятия с использованием силового джойстика для верхней конечности в положении больного сидя. Кроме того, комплексная программа включала в  себя занятия с  логопедом-нейропсихологом и  занятия лечебной физкультурой. В  результате лечения отмечено улучшение общего состояния пациентки, восстановление функции движения верхней конечности, нормализация когнитивных функций, регресс аффективных расстройств. Полученный в  ходе лечения эффект был стойким, при оценке неврологического статуса в динамике через 3 месяца прогрессирования неврологической симптоматики не выявлено. Таким образом, комплексное восстановительное лечение, основанное на комбинации повышенной физической активности с сенсорной стимуляцией, задачами для когнитивных функций, может способствовать хорошему восстановлению после инсульта.