Потенциал применения спектроскопии импеданса в интраоперационной диагностике границ церебральных опухолей

   За последние сто лет было проведено множество исследований импеданса тканей головного мозга в поисках нового диагностического метода. Результаты исследований указывают на наличие качественных изменений в импедансе тканей головного мозга при новообразованиях головного мозга. При этом наибольший интерес представляют исследования, проводимые в широком диапазоне частот. Так, в ряде работ показано, что импеданс здоровых тканей в 1,5 раза отличается от импенданса опухолей. Однако при анализе данных исследований можно увидеть значительное расхождение получаемых значений импеданса однотипных биологических субстратов. Приведение результатов к единому виду сопряжено с необходимостью решения сложной задачи математической обработки данных, которое позволит получить удельные электрические характеристики исследуемых тканей. Для ее решения необходимо учитывать особенности и пути протекания переменного электрического тока через сложные неоднородные биологические структуры. Указанные методические сложности, а также значительный разброс опубликованных данных, полученных в различных условиях, обуславливают необходимость критического анализа эволюции методов импедансометрии церебральных тканей – от первых попыток начала XX в. до современных исследований – с целью определения перспектив метода для интраоперационного применения в нейроонкологии.

1. Гончаров В. Д., Гореликова М. А., Евдакова Е. Г. и др. Использование электрической схемы замещения для описания электромагнитных процессов в тканях живых организмов на клеточном уровне // Электротехника. 2023. № 3. С. 33–39. Doi: 10.53891/00135860_2023_3_33. EDN: LWGBQZ.

2. Mahdavi R., Hosseinpour P., Abbasvandi F. et al. Bioelectrical pathology of the breast; real-time diagnosis of malignancy by clinically calibrated impedance spectroscopy of freshly dissected tissue. Biosens Bioelectron. 2020; 165):112421. Doi: 10.1016/j.bios.2020.112421. PMID: 32729539.

3. Halter R. J., Schned A., Heaney J. et al. Electrical properties of prostatic tissues: II. Spectral admittivity properties. J Urol. 2009;182(4):1608–1613. Doi: 10.1016/j.juro.2009.06.013. PMID: 19683743; PMCID: PMC2804887.

4. Aberg P., Nicander I., Hansson J., Geladi P. et al. Skin cancer identification using multifrequency electrical impedance--a potential screening tool. IEEE Trans Biomed Eng. 2004;51(12):2097–1102. Doi: 10.1109/TBME.2004.836523. PMID: 15605856.

5. Pathiraja A. A., Weerakkody R. A., von Roon A. C. et al. The clinical application of electrical impedance technology in the detection of malignant neoplasms : a systematic review. J Transl Med. 2020;18(1):227. Doi: 10.1186/s12967-020-02395-9. PMID: 5; PMCID: PMC7282098.

6. Поленов А. Л., Васкин И. С., Сельков Е. А. Опыт применения электрозонда (омметрии) в диагностике опухолей головного мозга на операционном столе // Советская хирургия. 1934. Т. VIII, вып. 1. С. 72–85.

7. Abboud T., Hahn G., Just A. et al. An insight into electrical resistivity of white matter and brain tumors. Brain Stimul. 2021;14(5):1307–1316. Doi: 10.1016/j.brs.2021.08.023. PMID: 34481094.

8. Georgiannakis A., Chapman C. A. R., Paraskevopoulos D. Surgical identification of brain tumour margins through impedance monitoring and electrocorticography and the potential for their combined use : A systematic review. Neurosurg Rev. 2024;47(1):888. Doi: 10.1007/s10143-024-03134-0. PMID: 39638915; PMCID: PMC11621190.

9. Becker D. P., Robert C. M. Jr., Seelig J. A simplified method for electrical impedance monitoring in brain tumor localization; technical note. J Neurosurg. 1970;32(3):375–377. Doi: 10.3171/jns.1970.32.3.0375. PMID: 5416921.

10. Bullard D. E., Makachinas T. T. Measurement of tissue impedence in conjunction with computed tomography-guided stereotaxic biopsies. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 1987;50(1):43–51. Doi: 10.1136/jnnp.50.1.43. PMID: 10; PMCID: PMC1033248.

11. Go K. G, van der Veen P. H., Ebels E. J. et al. A study of electrical impedance of oedematous cerebral tissue during operations. Correlation of impedance with water and electrolyte content and with histology. Acta Neurochir (Wien). 1972;27(3):113–124. Doi: 10.1007/BF01401876. PMID: 4669239.

12. Latikka J., Kuurne T., Eskola H. Conductivity of living intracranial tissues. Phys Med Biol. 2001;46(6):1611–1616. Doi: 10.1088/0031-9155/46/6/302. PMID: 11419622.

13. Latikka J., Eskola H. The Resistivity of Human Brain Tumours in vivo. Ann Biomed Eng. 2019;47(3):706–713. Doi: 10.1007/s10439-018-02189-7. PMID: 30610409.

14. Grant F. C. Localization of brain tumors. J Am Med Assoc. 1923;81(26):2134–2139. Doi: 10.1001/jama.1923.02650260011004.

15. Gorecki J., Dolan E. J., Tasker R. R. et al. Correlation of CT and MR with impedance monitoring and histopathology in stereotactic biopsies. Can J Neurol Sci. 1990;17(2):184–189. Doi: 10.1017/s0317167100030420. PMID: 2192789.

16. Organ L., Tasker R. R., Moody N. F. Brain tumor localization using an electrical impedance technique. J Neurosurg. 1968;28(1):35–44. Doi: 10.3171/jns.1968.28.1.0035. PMID: 5635961.

17. Rajshekhar V. Continuous impedance monitoring during CT-guided stereotactic surgery: relative value in cystic and solid lesions. Br J Neurosurg. 1992;6(5):439–444. Doi: 10.3109/02688699208995033. PMID: 1333228.

18. Ellingson B. M., Wen P. Y., Cloughesy T. F. Evidence and context of use for contrast enhancement as a surrogate of disease burden and treatment response in malignant glioma. Neuro Oncol. 2018;20(4):457–471. Doi: 10.1093/neuonc/nox193. PMID: 29040703; PMCID: PMC5909663.

19. Гончаров В. Д., Самочерных К. А., Воинов Н. Е. и др. Теоретические основы использования спектроскопии импеданса в медицине // Рос. нейрохирург. журн. им. проф. А. Л. Поленова. 2023. Т. XV, № 4. С. 35–41. Doi: 10.56618/2071-2693_2023_15_4_35. EDN: CEBXSC.

20. Stepp H., Stummer W. 5-ALA in the management of malignant glioma. // Lasers Surg Med. 2018;50(5):399–419. Doi: 10.1002/lsm.22933. PMID: 29737540.

21. Олюшин В. Е., Улитин А. Ю., Забродская Ю. М. и др. Отдаленные результаты комплексного лечения больных злокачественными глиомами с применением нестандартных методик (фотодинамической терапии и специфической противоопухолевой терапии) // Рос. нейрохирург. журн. им. проф. А. Л. Поленова. 2023. – Т. XV, № 1. С. 290–291. EDN: YORBHR.

22. Скляр С. С., Ситовская Д. А., Улитин А. Ю. и др. Клинический случай успешного лечения пациента с метастатическим поражением головного мозга с применением фотодинамической терапии и флуоресцентной диагностики // Сибир. онколог. журн. 2025. Т. 24, № 1. С. 174–188. Doi: 10.21294/1814-4861-2025-24-1-174-188. EDN: TFCUXC.

23. Widmann G., Schullian P., Ortler M. et al. Frameless stereotactic targeting devices: technical features, targeting errors and clinical results. Int J Med Robot. 2012;8(1):1–16. Doi: 10.1002/rcs.441. PMID: 22076960.

24. Eljamel M. S., Mahboob S. O. The effectiveness and cost-effectiveness of intraoperative imaging in high-grade glioma resection; a comparative review of intraoperative ALA, fluorescein, ultrasound and MRI. Photodiagnosis Photodyn Ther. 2016;(16):35–43. Doi: 10.1016/j.pdpdt.2016.07.012. PMID: 27491856.

25. Bastos D. C. A., Juvekar P., Tie Y. et al. Challenges and Opportunities of Intraoperative 3D Ultrasound With Neuronavigation in Relation to Intraoperative MRI. Front Oncol. 2021;(11):656519. Doi: 10.3389/fonc.2021.656519. PMID: 34026631; PMCID: PMC8139191.

26. Тагаева Р. Б., Бобков Д. Е., Нечаева А. С. и др. Мембранно-связанный белок теплового шока mhsp70 как маркер злокачественных опухолей головного мозга // Рос. нейрохирург. журн. им. проф. А. Л. Поленова. – 2023. Т. XV, № 2. С. 98–101. Doi: 10.56618/2071-2693_2023_15_2_98. EDN: XCMKAU.

27. Plaha P., Camp S., Cook J. et al. FUTURE-GB: functional and ultrasound-guided resection of glioblastoma – a two-stage randomised control trial. BMJ Open. 2022;12(11):e064823. Doi: 10.1136/bmjopen-2022-064823. PMID: 36379652; PMCID: PMC9668053.

28. Bastos D. C. A, Juvekar P., Tie Y. et al. Challenges and Opportunities of Intraoperative 3D Ultrasound With Neuronavigation in Relation to Intraoperative MRI. Front Oncol. 2021;(11):656519. Doi: 10.3389/fonc.2021.656519. PMID: 34026631; PMCID: PMC8139191.

29. Šteňo A., Buvala J., Babková V. et al. Current Limitations of Intraoperative Ultrasound in Brain Tumor Surgery. Front Oncol. 2021;(11):659048. Doi: 10.3389/fonc.2021.659048. PMID: 33828994; PMCID: PMC8019922e.

30. Jowkar N., Pieper S., Wells W. M. et al. Challenges and Opportunities of Intraoperative 3D Ultrasound With Neuronavigation in Relation to Intraoperative MRI. Front Oncol. 2021;(11):656519. Doi: 10.3389/fonc.2021.656519. PMID: 34026631

31. Schaufler A., Sanin A. Y., Sandalcioglu I. E. et al. Concept of a fully-implantable system to monitor tumor recurrence. Sci Rep. 2023;13(1):16362. Doi: 10.1038/s41598-023-43226-3. PMID: 37773315; PMCID: PMC10541913.

32. Molinaro A. M., Hervey-Jumper S., Morshed R. A. et al. Association of Maximal Extent of Resection of Contrast-Enhanced and Non-Contrast-Enhanced Tumor with Survival Within Molecular Subgroups of Patients With Newly Diagnosed Glioblastoma. JAMA Oncol. 2020;6(4):495–503. Doi: 10.1001/jamaoncol.2019.6143. PMID: 32027343; PMCID: PMC7042822.