Спосіб лазерної поляриметричної діагностики і диференціації захворювань суглоба

Спосіб лазерної поляриметричної діагностики і диференціації захворювань суглоба, що включає поляризаційне картографування зразка біологічної рідини людини шляхом опромінення паралельним лінійно поляризованим пучком гелій-неонового лазера з довжиною хвилі 0,6328 мкм, проектуван 3 Також аналогом способу, що заявляється, є спосіб визначення оптико-анізотропної структури біологічних рідин шляхом оцінки розподілів азимутів і еліптичності поляризації [(O.V. Angelsky, A.G. Ushenko, Yu.A. Ushenko, Ye.G. Ushenko, Yu.Ya. Tomka, V.P. Pishak. Polarization-correlation mapping of biological tissue coherent images // J. Biomed. Opt. - 2005. - Vol.10, No.6. -P.064025.).]. У способіаналогу за допомогою чвертьхвильової пластинки і поляризатора вимірюють координатний розподіл азимутів і еліптичності поляризації у площині лазерного зображення, за яким визначають оптикоанізотропну структуру мазку крові. Основним недоліком способу-аналогу є необхідність операції дискретизації лазерних зображень крові, а також неоднозначність при диференціації ступеня важкості запальних процесів. Прототипом корисної моделі є спосіб діагностики виникнення запальних процесів за оцінкою статистичної структури поляризаційних зображень плазми крові людини (S. Н. Huminets'kyy, О. Н. Ushenko, І. Р. Polyans'kyy, А. V. Motrych, F. V. Hrynchuk. The Optical Method of the Investigation of the Peritonitis Progressing Process. // SPIE, 2007 Vol. 6254, P. 485-489.) при якому стан запалення визначається за діагностикою змін поляризаційних зображень мазків плазми крові людини. При цьому наявність запального процесу оцінюються шляхом обчислення середнього і дисперсії розподілів азимутів поляризації лазерних зображень плазми крові. Недоліками прототипу є те, що діагностика запальних процесів відбувається на пізніх етапах, що значно гальмує ефективність лікування та призводить до залучення додаткових коштів. Нами пропонується рішення, що усуває вказані недоліки. В основу корисної моделі поставлене завдання удосконалити спосіб діагностики запалення суглобів шляхом оцінки такого процесу за визначенням зміни статистичних моментів 3-го і 4-го порядків, які характеризують розподіли еліптичності поляризації лазерних зображень синовіальної рідини людини для забезпечення розширення функціональних можливостей ранньої діагностики серозного артриту, дистрофічного артриту, вторинного артриту людини, а також у підвищенні точності вимірювання поляризаційних параметрів азимуту і еліптичності поляризації. Поставлене завдання вирішується тим, що у способі лазерної поляриметричної діагностики виникнення запалення суглоба за поляризаційним картографуванням шару синовіальної рідини людини шляхом оцінки поляризаційних змін, проводять опромінювання шару синовіальної рідини паралельним лінійно поляризованим пучком гелійнеонового лазера з довжиною хвилі 0.6328 мкм, проектують зображення за допомогою мікрооб'єктиву в площину світлочутливої площадки CCD камери, за допомогою обертання осі пропускання аналізатора на кути в межах від 0° до 180° визначають поляризаційні розподіли та обчислюють статистичні моменти поляризаційного зображення, вимірюють масиви мінімальних і максимальних рівнів інтенсивності для кожного окремого пікселя 55247 4 CCD - камери, за якими визначають розподіл еліптичності поляризації, обчислюють статистичні моменти 3-го - 4-го порядків, за величиною яких судять про запальний процес суглоба людини. Спільними ознаками прототипу та рішення, що заявляється, є використання для діагностики виникнення запалення суглобів поляризаційних змін лазерного зображення. Корисна модель відрізняється від прототипу тим, що використовують лінійно поляризоване когерентне випромінювання із наступною статистичною оцінкою змін координатних розподілів еліптичності поляризації лазерного зображення синовіальної рідини. Спосіб здійснюється наступним чином. Для оцінки виникнення стану запалення суглобів у людини забирають зразок синовіальної рідини. За допомогою пристрою проводять лазерне опромінення дослідного зразку синовіальної рідини, вимірюючи розподіл еліптичності поляризації лазерного зображення після опромінення. За оцінкою величини асиметрії та ексцесу таких розподілів діагностують наявність запального процесу суглобів людини. Теоретичним підґрунтям для використання способу є наступні дані. Найбільш повно поляризаційні характеристики світлових полів описуються у термінах азимуту та еліптичності поляризації (Ushenko Yu.A. Statistical structure of polarizationinhomogeneous images of biotissues with different morphological structures, Ukrainian Journal of Physical Optics, 6, No. 2, 63-70, 2005). Процеси перетворення поляризаційної структури, опромінюючого білогічні об'єкти in vivo, когерентного випромінювання найбільш повно описуються за допомогою матричного оператора наступного вигляду: 1 0 0 0 cos2 2 sin 2 2 cos ; cos 2 sin 2 1 cos ; 0 cos 2 sin 2 1 cos sin 2 2 cos2 2 cos ; 0 sin 2 sin cos 2 sin 0 sin 2 sin cos 2 sin , cos . (1) де - орієнтація оптичної осі анізотропних утворень; - величина фазового зсуву, який виникає під впливом двопроменезаломлення біологічної рідини. Результуючі значення еліптичності поляризації лазерного пучка, що пройшов крізь досліджувану біологічну рідину, записуються у вигляді: m n min m n arctg (2) m n max Таким чином, за виміряними екстремальними значеннями інтенсивності -Imin (m x n); Imax (m x n) зображення синовіальної рідини для кожного окремого пікселя (mn) CCD-камери можна однозначно визначити асиметрію Z3 та ексцес Z4 розподілу еліптичності поляризації зображення біологічної рідини в різних точках, кількість яких визначається числом пікселів цифрової камери: 1 1 3 Z3 i; 3 N Z2 i 1 (3) 1 1 4 Z4 i Z2 N i 1 2 5 55247 де N - повна кількість пікселів CCD-камери, яка реєструє поляризаційно-неоднорідне об'єктне поле зразків синовіальної рідини. Використання корисної моделі пояснюється наступним прикладом: нехай опромінюючий пучок є плоскополяризованим з азимутом 0 = 0°. В якості зразка використали зразки синовіальної рідини здорової і хворої (серозний артрит) людини. Статистичні моменти, що характеризують поляризаційну структуру зображень таких зразків відрізняються в 2,5 - 3,5 рази. Статистичні моменти Асиметрія Норма Еліптичність 2,97 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Артрит Еліптичність 6 Ексцес 6,13 14,75 Технічний результат забезпечує нова сукупність дій, яка складає запропонований спосіб, що призводить до розширення функціональних можливостей діагностики запалення суглобів людини шляхом статистичного моніторингу зміни поляризаційної структури лазерних зображень біологічної рідини при одночасному високоточному вимірюванні еліптичності поляризації. При цьому вперше використано когерентне лінійно поляризоване лазерне випромінювання із довжиною хвилі 0,6328 мкм та проведення статистичного моніторингу змін координатних розподілів еліптичності поляризації лазерного зображення синовіальної рідини. 5,88 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601