Оценка в живом организме мягкого оптического датчика для обнаружения кровотечения при колоноскопии

Почему важно следить за скрытым кровотечением

Колоноскопия стала рутинным исследованием для выявления и удаления ранних признаков колоректального рака и других заболеваний кишечника. Однако тот же инструмент, который спасает жизни, в редких случаях может вызывать кровотечение или небольшие разрывы стенки кишечника. Поскольку камера видит только то, что находится непосредственно перед её наконечником, кровотечение, начинающееся сразу за ним, может остаться незамеченным до более позднего момента. В этом исследовании рассматривается мягкий оптический датчик, который надевается на стандартный колоноскоп и «тихо» контролирует окружающую жидкость на наличие крови, с целью повысить безопасность процедуры без замедления работы врачей.

Нежное дополнение к обычному обследованию

Исследователи разработали тонкий гибкий чехол, который надевается на колоноскоп сразу за его наконечником. Встроенные в этот чехол крошечные световоды излучают зеленый и инфракрасный свет через узкий канал, который непрерывно отбирает пробы жидкости изнутри толстой кишки. В обычных условиях оба цвета света проходят через канал с лишь незначительными потерями. Когда в жидкость попадает кровь, зеленый свет сильно поглощается, тогда как инфракрасный свет затрагивается гораздо меньше. Сравнивая, насколько падает интенсивность каждого цвета, система может определить, столкнулся ли датчик с кровью, а не с обычной пищеварительной жидкостью или кратковременными механическими возмущениями.

Испытание датчика в живой ткани

Ранее было показано, что датчик способен обнаруживать искусственные кровяные смеси в отрезках коровьей кишки вне организма. В новом исследовании команда сделала шаг ближе к реальному применению, протестировав устройство на живых свиньях, чьи кишечники по строению похожи на человеческие. Два опытных эндоскописта выполнили неоднократные колоноскопии у двух животных. Каждая сессия начиналась со стандартной колоноскопии без устройства, затем проводились процедуры с надетым чехлом, но без кровотечения, и, наконец, процедуры, в которых внутри кишечника намеренно вызывали кровотечение. Врачи продвигали зонд от прямой кишки до заданной точки в дистальной части толстой кишки, в то время как датчик забирал жидкость, а электроника в реальном времени отслеживала световые сигналы.

Насколько хорошо он обнаруживал кровь и не замедлял врачей

В десяти процедурах с наличием кровотечения датчик правильно определил кровь каждый раз, обеспечив чувствительность 100%. При этом общая точность составила 92%, точность положительных срабатываний (precision) — 83%, а специфичность — 87%, то есть ложные срабатывания были относительно редки. Два ложных срабатывания произошли, когда в датчик попали небольшие сгустки кала и слизи, кратковременно имитировавшие оптический эффект крови; авторы предполагают, что добавление простого фильтра на вход жидкости могло бы снизить эту проблему. Важно, что для пациентов и клиницистов дополнительный чехол не изменил заметно времени продвижения колоноскопа до целевой точки. Время навигации с устройством и без было очень похоже, а статистические тесты не обнаружили значимой разницы.

Нагрузка, безопасность и надежность в операционной

Кроме скорости, команда хотела понять, делает ли дополнительное оборудование процедуру более трудной или рискованной для эндоскопистов. Используя стандартный вопросник NASA TLX, врачи оценивали умственные и физические усилия, давление времени, раздражение и своё чувство эффективности после процедур с датчиком и без него. Общие оценки нагрузки были близки, и перестановочный тест не выявил значимой разницы, что говорит о возможности внедрения устройства без дополнительной перегрузки пользователей. В ходе нескольких часов повторных колоноскопий кишечники свиней осматривали на предмет неожиданных разрывов или кровотечений, и ни один из таких случаев не был связан с датчиком. Чехол, световоды и присоединённые трубки оставались на месте и работали в течение всего времени, несмотря на периодические засоры слизью, которые легко устранялись промывкой.

От животных к более безопасным обследованиям у людей

В совокупности результаты показывают, что мягкий оптический чехол можно добавить к стандартному колоноскопу для обнаружения кровотечения, находящегося вне поля зрения камеры, без замедления навигации и заметного увеличения рабочей нагрузки врача в модели на живых животных. Авторы рассматривают это как важный шаг на пути к испытаниям на людях, при этом отмечая, что необходимы более крупные исследования, добавление фильтров для снижения ложных срабатываний и доработка с использованием материалов медицинского класса. Если эти следующие шаги увенчаются успехом, будущие колоноскопии могут тихо получить дополнительный «взгляд» в виде невидимого детектора крови в режиме реального времени, помогая врачам быстрее обнаруживать осложнения и делать широко используемый скрининг на рак ещё безопаснее.

Цитирование: Gerald, A., Palkawong-Na-Ayuddhaya, K., Bono, V.D. et al. In vivo evaluation of a soft optical sensor for bleeding detection in colonoscopy. Sci Rep 16, 13671 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43768-2

Ключевые слова: колоноскопия, обнаружение кровотечения, оптический датчик, микрофлюидное устройство, скрининг колоректального рака