Метод ближнепольного СВЧ-зондирования в диагностике болезни Дюпюитрена

А.К. Мартусевич, С.Ю. Краснова, С.В. Петров, А.Г. Галка, М.S. Petrov, А.В. Новиков

Ключевые слова: СВЧ-зондирование; контрактура Дюпюитрена; ладонный апоневроз; фиброз тканей.

Цель исследования — изучение диэлектрических свойств фиброзно-измененных тканей у пациентов с контрактурой Дюпюитрена методом ближнепольного СВЧ-зондирования.

Материалы и методы. В исследование включено 12 пациентов с контрактурой Дюпюитрена, проходивших стационарное лечение на базе Университетской клиники Приволжского исследовательского медицинского университета.

Диэлектрические свойства кожи и подкожных структур изучали на различных участках кисти — в области фиброзно-измененных и здоровых тканей. Все пациенты были обследованы до проведения оперативного вмешательства. Ближнепольное СВЧ-зондирование тканей проводили с использованием программно-аппаратного комплекса, разработанного в Институте прикладной физики РАН (Н. Новгород), позволяющего оценивать диэлектрическую проницаемость объектов. Диэлектрические характеристики кожи оценивали на глубинах от 2 до 5 мм с помощью серии зондов.

Результаты. Проведенные исследования позволили сформировать СВЧ-паттерн действительной части диэлектрической проницаемости у пациентов с контрактурой Дюпюитрена в области здоровых и фиброзно-измененных тканей. Обнаружено резкое снижение данного параметра в зоне патологического процесса на глубинах до 3,5 мм. При этом в области здоровых тканей особенностей диэлектрических свойств по сравнению со здоровыми добровольцами не выявлено. Также показано, что фиброзно-измененный ладонный апоневроз имеет достаточно равномерную СВЧ-структуру, что позволяет довольно точно визуализировать его границы. Это принципиально важно для планирования оперативного вмешательства у пациентов с контрактурой Дюпюитрена.

Введение

Болезнь Дюпюитрена — заболевание соединительной ткани, ведущее к сморщиванию ладонного апоневроза и прогрессирующей деформации пальцев. В Германии около 1,9 млн. людей страдают контрактурой Дюпюитрена, в США имеют эту патологию 3% населения [1, 2]. По данным отделения хирургии кисти Московского НИИ скорой помощи им. Н.В. Склифосовского, число больных, оперированных по поводу контрактуры Дюпюитрена, составляет около 20% от общего числа планово оперируемых [3].

Хирургическое лечение болезни Дюпюитрена является наиболее радикальным. «Золотым стандартом» в большинстве случаев считается частичная или тотальная фасциоэктомия [4, 5]. Однако неудовлетворительные исходы лечения достигают 30%, причем по мере прогрессирования контрактуры результаты операций ухудшаются [6]. Число рецидивов заболевания составляет от 26 до 80% [2, 4].

Одной из причин плохих результатов оперативного лечения контрактуры Дюпюитрена является сложность выявления границ поражения ладонного апоневроза, что и обусловливает выбор рациональной хирургической тактики. Как правило, границы определяются хирургом визуально непосредственно в ходе выполнения операции. И.Ж. Осмоналиев с соавт. [7] предлагают для этой цели использовать МРТ без подавления сигнала от жировой ткани. Авторами показано, что с помощью МРТ можно более точно идентифицировать границы пораженного апоневроза у больных при I–III степенях контрактуры Дюпюитрена и, соответственно, выбрать малоинвазивный доступ и малотравматичный способ иссечения пораженных тканей.

Однако применение МРТ для оценки границ поражения при контрактуре Дюпюитрена не всегда доступно, в связи с чем актуален поиск других объективных методов диагностики площади и границ патологически-измененного апоневроза.

На протяжении последних десятилетий ведутся исследования, посвященные СВЧ-диагностике структуры биотканей [8–11]. Среди неинвазивных методов перспективной считается резонансная ближнепольная СВЧ-томография, которая позволяет изучать пространственное распределение диэлектрической проницаемости и проводимости живых тканей с разрешением значительно меньше длины волны излучения. В отличие от пассивного СВЧ-зондирования для проведения ближнепольной томографии требуются значительно меньшие размеры датчика (зонда). При этом разрешающая способность технологии существенно выше [8–14].

Преимущества метода подтверждают пилотные исследования. Так, оценка электродинамических свойств кожи при дерматозах показала ценность СВЧ в определении микробной экземы и кератодермии [8, 9, 15]. Резонансная ближнепольная СВЧ-диагностика потенциально информативна для выявления онкологических новообразований органов (поверхностной или субэпителиальной локализации), при определении границ патологического очага [8, 15]. А.В. Арсеньев с соавт. [16] исследовали данным методом уровень функциональной активности ростковой зоны тканей костей у детей, на основании чего установили наличие особенностей этого процесса в зависимости от пола ребенка. Кроме того, ближнепольное СВЧ-зондирование позволяет проводить экспресс-диагностику жизнеспособности органов при трансплантации [8].

Таким образом, с помощью ближнепольного СВЧ-зондирования структуры тканей можно получать информацию о самом биообъекте и процессах, происходящих в нем [17–19]. В то же время в доступной нам литературе отсутствуют сведения о возможности применения СВЧ-визуализации при контрактуре Дюпюитрена.

Цель исследования — изучение диэлектрических свойств фиброзно-измененных тканей у пациентов с контрактурой Дюпюитрена методом ближнепольного резонансного СВЧ-зондирования.

Материалы и методы

В исследование включено 12 пациентов (все — мужчины, средний возраст — 53,9 года) с контрактурой Дюпюитрена II–III степени по классификации R. Tubiana (1968), проходивших стационарное лечение на базе Университетской клиники Приволжского исследовательского медицинского университета. Все пациенты были обследованы до выполнения оперативного вмешательства. Исследование проведено в соответствии с Хельсинкской декларацией (2013) и одобрено Этическим комитетом Приволжского исследовательского медицинского университета. От каждого пациента получено информированное согласие.

Диэлектрические свойства кожи и подкожных структур изучали на произвольно выбранных участках кисти — в области фиброзно-измененных (точки 2, 3, 4) и здоровых (точка 1) тканей (рис. 1).

Рис. 1. Положение измеряемых точек относительно фиброзно-измененных тканей и «плавательной перегородки»:

1 — здоровая ткань; 2 — краевая зона области фиброза; 3, 4 — центральные области фиброза

Диэлектрические характеристики биологических тканей оценивали методом ближнепольного резонансного СВЧ-зондирования с использованием специальной установки, разработанной в Институте прикладной физики РАН (Н. Новгород), а также программного обеспечения, сопрягающего установку с ПК и позволяющего проводить расчет действительной части диэлектрической проницаемости [8, 9]. Диэлектрические свойства регистрировали в указанных точках, на основании чего рассчитывали уровень диэлектрической проницаемости и проводимости на глубинах от 2 до 5 мм с помощью серии зондов.

Результаты обрабатывали с использованием программы Statistica 6.0.

Результаты и обсуждение

В области здоровых тканей СВЧ-профиль кожи пациентов с контрактурой Дюпюитрена соответствует физиологическому паттерну, сформированному нами на основании обследования здоровых добровольцев [10, 15]. Выявлено, что действительная часть диэлектрической проницаемости в интактной части ладонного апоневроза постепенно возрастает с увеличением глубины зондирования (рис. 2).

Рис. 2. Диэлектрический профиль кожи интактного участка кисти пациентов с контрактурой Дюпюитрена

Были сопоставлены СВЧ-профили подкожных тканей в точках 1 и 3 (по рис. 1), соответствующих интактной и фиброзно-измененной областям (рис. 3). Установлено, что фиброзированные ткани существенно отличаются по диэлектрическим свойствам от здоровых, что обусловливает значительную трансформацию СВЧ-профиля в зоне измененного ладонного апоневроза относительно физиологического паттерна. Полученные нами данные свидетельствуют, что фиброзированные ткани поглощают СВЧ-излучение, обладая крайне низкими значениями действительной части диэлектрической проницаемости. Подобные сдвиги регистрируются на глубине 2–3,5 мм, что соответствует глубине залегания патологически-измененных тканей у пациентов с контрактурой Дюпюитрена [20, 21]. При зондировании более глубинных слоев (4–5 мм) не обнаружено значимых отклонений от нормы. Это указывает на наличие в них интактных морфологических структур.

Рис. 3. Диэлектрический профиль подкожных тканей интактного и фиброзно-измененного участка кисти пациентов с контрактурой Дюпюитрена

Проведена оценка однородности изменений диэлектрических свойств подкожных тканей на различных участках кисти (рис. 4). Для реализации данного аспекта работы выбрана одна глубина зондирования (3 мм), которая соответствовала центру СВЧ-профиля фиброзно-измененной ткани. Установлено резкое снижение уровня действительной части диэлектрической проницаемости как в краевой зоне (точка 2 на рис. 1), так и в центральных областях фиброза (точки 3 и 4 на рис. 1).

Рис. 4. Пространственное распределение действительной части диэлектрической проницаемости подкожных тканей в изучаемых точках при глубине зондирования 3 мм

Снижение значений в данных точках относительно интактного участка (точка 1) регистрируется примерно в равной степени, что свидетельствует об однородности патологического процесса на различных участках трансформированной части ладонного апоневроза. Наличие статистически значимых различий показателя между точкой 1 и точками 2–4 (p<0,05 для всех случаев), а также отсутствие таковых между точками 2, 3 и 4 подтверждают эффективность метода ближнепольного СВЧ-зондирования в определении границы патологически-измененных тканей.

Заключение

Проведенные исследования позволили сформировать СВЧ-паттерн действительной части диэлектрической проницаемости у пациентов с контрактурой Дюпюитрена в области здоровых и фиброзно-измененных тканей. Обнаружено резкое снижение данного параметра в зоне патологического процесса на глубинах до 3,5 мм. При этом в области неизмененных тканей особенностей диэлектрических свойств по сравнению со здоровыми добровольцами не выявлено. Фиброзно-измененный ладонный апоневроз имеет достаточно равномерную СВЧ-структуру, что позволяет довольно точно визуализировать его границы. Это принципиально важно при планировании оперативного вмешательства у пациентов с контрактурой Дюпюитрена, поэтому ближнепольное СВЧ-зондирование может рассматриваться в качестве перспективного метода диагностики патологически-измененных тканей.

Финансирование исследования. Работа выполнена при частичной поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований №18-42-520053 р_а и стипендии Президента Российской Федерации СП-471.2019.4.

Конфликт интересов. Авторы подтверждают отсутствие конфликтов интересов, о которых необходимо сообщить.

Литература

Gonzalez S.M., Gonzalez R.I. Dupuytrens disease. West J Med 1990; 152(4): 430–433.
Brenner P., Krause-Bergmann A., Van V.H. Dupuytren contracture in North Germany. Epidemiological study of 500 cases. Unfallchirurg 2001; 104(4): 303–311, https://doi.org/10.1007/s001130050732.
Яшина Т.Н., Афанасьев А.В. Оперативное лечение контрактур пальцев и кисти при болезни Дюпюитрена и ее рецидивах. В кн.: Современные технологии диагностики, лечения и реабилитации при повреждениях и заболеваниях верхней конечности. М; 2007; с. 266–267.
Au-Yong I.T., Wildin C.J., Dias J.J., Page R.E. A review of common practice in Dupuytren surgery. Tech Hand Up Extrem Surg 2005; 9(4): 178–187, https://doi.org/10.1097/01.bth.0000186794.90431.a4.
Skoff H.D. The surgical treatment of Dupuytrens contracture: a synthesis of techniques. Plast Reconstr Surg 2004; 113(2): 540–544, https://doi.org/10.1097/01.prs.0000101054.80392.88.
Манько А.М., Губочкин Н.Г., Трапезников А.В. Лечение больных по поводу контрактуры Дюпюитрена с позиций микрохирургии. В кн.: Состояние и перспективы развития военной травматологии и ортопедии. СПб; 1999; с. 471–477.
Осмоналиев И.Ж., Микусев Г.И., Байкеев Р.Ф., Афлетонов Е.Н., Закиров Р.Х. Визуализация границ распространения контрактуры Дюпюитрена по данным МРТ. Современные проблемы науки и образования 2013; 2: 73.
Kostrov A.V., Smirnov A.I., Yanin D.V., Strikovsky A.V., Panteleeva G.A. Near-field microwave resonance diagnostics of inhomogeneous media. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics 2005; 69(12): 1911–1916.
Костров А.В., Стриковский А.В., Янин Д.В., Смирнов А.И., Загайнов В.Е., Васенин С.А., Дружкова И.Н., Пантелеева Г.А., Давоян З.В. Исследование электродинамических параметров биологических тканей. Альманах клинической медицины 2008; 17–2: 96–99.
Мартусевич А.К., Янин Д.В., Богомолова Е.Б., Галка А.Г., Клеменова И.А., Костров А.В. Возможности и перспективы применения СВЧ-томографии в оценке состояния кожи. Биомедицинская радиоэлектроника 2017; 12: 3–12.
Reznik A.N., Yurasova N.V. Near-field microwave tomography of biological objects. Tech Phys 2004; 49(4): 485–493, https://doi.org/10.1134/1.1736920.
Hayashi Y., Miura N., Shinyashiki N., Yagihara S. Free water content and monitoring of healing processes of skin burns studied by microwave dielectric spectroscopy in vivo. Phys Med Biol 2005; 50(4): 599–612, https://doi.org/10.1088/0031-9155/50/4/003.
Gaikovich K.P. Subsurface near-field scanning tomography. Phys Rev Lett 2007; 98(18): 183902, https://doi.org/10.1103/physrevlett.98.183902.
Raicu V., Kitagawa N., Irimajiri A. A quantitative approach to the dielectric properties of the skin. Phys Med Biol 2000; 45(2): L1–L4, https://doi.org/10.1088/0031-9155/45/2/101.
Богомолова Е.Б., Мартусевич А.К., Клеменова И.А., Янин Д.В., Галка А.Г. Применение современных методов визуализации в оценке состояния и прогнозировании развития патологических рубцов. Медицина 2017; 5(3): 58–75.
Арсеньев А.В., Волченко А.Н., Лихачева Л.В., Печерский В.И. Применение метода ВЧ-ближнепольного зондирования в диагностике биообъектов. Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики 2011; 2(72): 154–157.
Турчин И.В. Методы оптической биомедицинской визуализации: от субклеточных структур до тканей и органов. Успехи физических наук 2016; 186(5): 550–567, https://doi.org/10.3367/ufnr.2015.12.037734.
Sunaga T., Ikehira H., Furukawa S., Shinkai H., Kobavashi H., Matsumoto Y., Yoshitome E., Obata T., Tanada S., Murata H., Sasaki Y. Measurement of the electrical properties of human skin and the variation among subjects with certain skin conditions. Phys Med Biol 2002; 47(1): N11–N15, https://doi.org/10.1088/0031-9155/47/1/402.
Tamura T., Tenhunen M., Lahtinen T., Repo T., Schwan H.P. Modelling of the dielectric properties of normal and irradiated skin. Phys Med Biol 1994; 39(6): 927–936, https://doi.org/10.1088/0031-9155/39/6/001.
Dupuytren’s disease: pathobiochemistry and clinical management. Berger A., Delbrück A., Brenner P., Hinzmann R. (editors). Springer Berlin Heidelberg; 1994, https://doi.org/10.1007/978-3-642-78517-7.
Warwick D., Tomas A., Bayat A. Dupuytren’s disease: overview of a common connective tissue disease with a focus on emerging treatment options. Int J Clin Rheumtol 2012; 7(3): 309–323, https://doi.org/10.2217/ijr.12.25.