Оптическая когерентная томография: зависимость параметров изображения от степени пигментации кожи

УДК 616.5-003.829-073.756.8

оптическая когерентная томография: зависимость параметров изображения от степени пигментации кожи

г.А. петрова, О.Е. чекалкина, И.Л. Шливко, К.С. петрова,

М.С. фирсова, Д.О. Эллинский, п.Д. агрба, ГОУ ВПО «Нижегородская государственная медицинская академия Минздравсоцразвития», Институт прикладной физики Российской академии наук, г. Н. Новгород

Чекалкина Оксана Евгеньевна - e-mail: oksanachekalkina@yandex.ru

В статье указываются возможности использования оптической когерентной томографии (ОКТ) в исследовании пигментации кожи. Проведен анализ качественных и количественных особенностей ОКТ-изображений здоровой кожи открытых и закрытых участков различных фототипов. В исследовании in vivo принимали участие 28 здоровых добровольцев различной расовой принадлежности и всех фототипов кожи. Установлена зависимость между степенью пигментации кожи и толщиной рогового слоя. Изменения оказались более выраженными на открытых участках кожи.

Ключевые слова: оптическая когерентная томография, пигментация, кожа, фототипы.

The article describes potentialities of Optical Coherence Tomography (OCT) in skin pigmentation assessment. We analyze qualitative and quantitative peculiarities of OCT images of healthy skin of exposed and non-ex-posed areas of different phototypes. 28 healthy volunteers of different race and phototypes were examined in vivo. The correlation between the decrease of the corneal layer thickness and the increase of the degree of skin pigmentation was determined. The changes appeared to be more marked in the exposed skin.

Key words: optical coherence tomography, pigmentation, skin, phototypes.

Введение

Меланома кожи составляет 5% от всех первичных злокачественных опухолей и является главной причиной смерти больных в дерматоонкологии. Несмотря на возможность визуального распознавания, показатели диагностики меланомы кожи на ранней стадии развития остаются невысокими. «Золотым стандартом» диагностики меланомы является традиционная эксцизионная биопсия, осуществляемая интраоперационно. Однако инвазивность приводит к несвоевременному использованию метода и ухудшению прогноза заболевания. При этом в большинстве случаев иссечение сомнительных пигментных новообразований является необоснованным. Альтернативу традиционной эксцизионной биопсии могут составить современные неинвазивные методы визуализации биотканей и новейший из них - оптическая когерентная томография (ОКТ). Преимуществами ОКТ являются высокое разрешение (10-15 мкм), хороший контраст изображения, достаточная глубина исследования (1,5 мм) и портативность. Метод предоставляет возможность

точного измерения толщины рогового и клеточных слоев

эпителия. Физический принцип действия ОКТ аналогичен ультразвуковому с той лишь разницей, что в ОКТ для зондирования биоткани используется оптическое излучение ближнего инфракрасного диапазона длин волн 700-1300 нм (так называемое «терапевтическое окно»), а не акустические волны. Данный диапазон характеризуется относительно небольшим поглощением и сильным рассеянием света от оптических микронеоднородностей среды. Излучение зондирующего пучка фокусируется на ткани, а эхо - задержка зондирующего излучения, отраженного от внутренней микроструктуры биоткани на различных глубинах, измеряется интерферометрически. Таким образом, интерферометр является основным элементом устройства, который обеспечивает выделение той самой полезной компоненты (то есть небольшой части фотонов, которые сумели дойти до объекта, отразиться и вернуться к наблюдателю, не испытав дополнительного рассеяния) на фоне мощной засветки, создаваемой неинформативной диффузно рассеянной

компонентой. Параллельно со сканированием в глубину производится сканирование зондирующим пучком поперек поверхности ткани, что обеспечивает поперечную развертку ОКТ-изображения. Полученные в результате данные (ОКТ-изображения) образуют двухмерную карту обратного рассеяния (или отражения) от микроскопических оптических неоднородностей (клеточных структур ткани) биоткани; таким образом, ОКТ-изображения, по сути, содержат информацию о морфологическом строении поверхностных тканей [1]. Установлена возможность ОКТ визуализировать роговой слой и клеточные слои эпидермиса, сосочковый слой и верхнюю часть сетчатого отдела дермы, прижизненно дифференцировать основные патоморфологические процессы в коже, а также некоторые дерматозы, в том числе онкологические [2, 3]. Возможность использования ОКТ для диагностики меланомы не изучена. Для решения этой задачи необходимо установить влияние пигментации на параметры ОКТ-изображения здоровой кожи.

Цели и задачи исследования

Целью настоящей работы явилась оценка влияния различной степени пигментации на качественные и количественные характеристики ОКТ-изображений кожи для определения возможностей использования ОКТ в прижизненной диагностике и дифференциальной диагностике доброкачественных и злокачественных новообразований кожи, сопровождающихся изменениями пигментации.

Задачи:

• получить ОКТ-изображения здоровой кожи различных фототипов открытых и закрытых участков;

• проанализировать качественные и количественные особенности ОКТ-изображений здоровой кожи открытых и закрытых участков различных фототипов;

• сформулировать отличия качественных и количественных характеристик ОКТ-изображений здоровой кожи открытых и закрытых участков различных фототипов.

Материал и методы

Использовали визуализатор - топограф оптикокогерентный компьютезированный для неинвазивного

исследования внутренней структуры поверхностных тканей человека «ВОК» (рис. 1).

Регистрационное удостоверение № ФС 022а2005/2035-05 от 05 августа 2005 года. Разрешен к применению. Метод прижизненного исследования морфологии кожи методом ОКТ зарегистрирован в России в виде новой медицинской технологии (регистрационное удостоверение № ФС-2006/265 от 15 августа 2006 года). Предприятие-изготовитель Институт прикладной физики Российской академии наук, город Нижний Новгород, ОКПО 04683326.

Технические характеристики: длина волны излучения -1300 нм; мощность источника излучения - 1,5 мВт на выходе щупа; продольное разрешение - 20 мкм, поперечное -25 мкм; центральная длина волны - 0,95 мкм; глубина сканирования - 1,5 мм; время получения изображения -1,5-2 сек.

Получаемые изображения представляют собой двумерные ОКТ-образы поперечного среза кожи на глубину 1,5 мм, представленные в позитивной желто-коричневой псевдоцветной палитре, в которой оттенки желтого соответствуют большей интенсивности, а оттенки коричневого - меньшей интенсивности сигнала.

Параллельно осуществляли оценку степени пигментации кожи с помощью прибора Multi Skin Test Center MC 750 Courage+Khazaka Cologne Germany.

Исследования проводились в ФГУ «Нижегородский научно-исследовательский кожно-венерологический институт», являющегося клинической базой кафедры кожных и венерических болезней ГОУ ВПО «НижГМА».

В исследовании in vivo принимали участие 28 здоровых добровольцев различной расовой принадлежности из них 14 женщин и 14 мужчин в возрасте от 19 до 30 лет (средний возраст 24 года): I фототип кожи - 2 человека, II - 4, III - 2, IV - 7, V - 9, VI - 4. Исследовали кожу открытых участков в скуловой области и закрытых участков в области внутренней поверхности предплечья.

Получено 112 ОКТ-изображений и 56 результатов измерений пигментации.

Для измерения толщины рогового слоя, клеточных слоев эпителия и глубины полезного сигнала использовали специальные компьютерные программы, разработанные в лаборатории биофотоники ИПФ РАН. Статистическую обработку данных проводили с использованием пакета прикладных программ Biostat и Microsoft Office Excel 2007.

Результаты и обсуждение

Ранее было установлено, что ОКТ-изображение здоровой кожи любой анатомической принадлежности включает 5 горизонтально ориентированных слоев: 1 - поверхностный, характеризующийся интенсивным сигналом (соответствует верхней части рогового слоя с рыхлым расположением чешуек); 2 - характеризующийся низко интенсивным сигналом, однородный (соответствует нижнему отделу рогового слоя с плотным расположением чешуек); 3 - характеризующийся интенсивным сигналом, однородный (соответствует надсосочковой зоне клеточных слоев эпидермиса);

4 - характеризующийся менее интенсивным сигналом, неоднородный (соответствует зоне взаимного проникновения эпидермальных выростов и сосочков дермы); 5 - характеризующийся сигналом слабой интенсивности (соответствует верхней части сетчатого слоя дермы с сосудами) [4]. В результате анализа ОКТ-изображений кожи открытых и закрытых участков различных фототипов установлена зависимость между степенью пигментации кожи и толщиной рогового слоя (рис. 2, З).

а б в

г д е

РИС. 2.

ОКТ - изображение здоровой кожи открытого участка: а -1 фототип, б - II фототип, в - III фототип, г - IV фототип, д - V фототип, е - VI фототип.

а б в

г д е

РИС. 3.

ОКТ - изображение здоровой кожи закрытого участка: а -1 фототип, б - II фототип, в - III фототип, г - IV фототип, д - V фототип, е - VI фототип.

Среднее значение толщины рогового слоя в области открытого участка кожи при I фототипе составила 0,068±0,036 мм, при II - 0,059±0,018 мм, при III -0,057±0,014 мм, при IV - 0,064±0,014 мм, при V -0,057±0,018 мм, при VI - 0,043±0,011 мм.; в области закрытого участка при I фототипе - 0,085±0,032 мм, при II -0,074±0,019 мм, при III - 0,071 ±0,015 мм, при IV - 0,078±0,017 мм, при V - 0,083±0,027 мм, при VI - 0,059±0,012 мм (рис. 4). Выявлено уменьшение контрастности рогового и клеточных слоев эпидермиса и уменьшение четкости грани-

цы между ними при увеличении степени пигментации. Изменения оказались более выраженными на открытых участках кожи. Не установлена зависимость между степенью пигментации и толщиной клеточных слоев эпидермиса и глубиной полезного сигнала (рис. 5, 6).

РИС. 4.

Толщина рогового слоя в зависимости от степени пигментации.

РИС. 5.

Толщина мальпигиева слоя в зависимости от степени пигментации.

Выводы

Полученные результаты позволяют сделать предварительные выводы о том, что толщина рогового слоя определяется степенью пигментации. При V и VI фототипах роговой слой

достоверно тоньше, что свидетельствует о меньшей его роли в защите от ультрафиолетового облучения у людей с темной кожей. У людей с I фототипом роговой слой более толстый, что свидетельствует об активном его участии в фотопротекции.

Благодарность

Работа выполнена при финансировании гранта Российского Фонда Фундаментальных исследований № 09 - 02 - 97097 - р _ поволжье_а. 123

ЛИТЕРАТУРА

1. Optical Coherence Tomography, eds W. Drexler, J.G. Fujimoto, Springer 2009. Berlin.

2. Петрова Г.А., Дерпалюк Е.Н., Гладкова Н.Д., Петрова К.С. Прижизненное исследование морфологии кожи методом оптической когерентной томографии в норме при патологических состояниях: новая медицинская технология. Н. Новгород.: агентство по здравоохранению и социальному развитию РФ, ГОУ ВПО НижГМА Роздрава, ФГУ ННИКВИ, 2008.

3. Петрова Г.А., Дерпалюк Е.Н., Петрова К.С., Гладкова Н.Д., Иксанов Р.Р., Пантелеева Г.А. Оптическая когерентная томография в прижизненной диагностике дерматозов и мониторинге структурных изменений кожи. Российский журнал кожных и венерических болезней. 2005. № 5. С . 16-23.

4. Петрова Г.А. , Петрова К.С., Шливко И.Л., Дерпалюк Е.Н., Зорькина М.В., Иксанов Р.Р. Идентификация компонентов оптико-когерентного топографического изображения здоровой тонкой кожи человека. Материалы II всероссийского конгресса дерматовенерологов. СПб. С. 85.