Спосіб поляризаційного картографування лінійного двопроменезаломлення полікристалічних плівок плазми крові у диференційній діагностиці неалкогольної жирової хвороби печінки та хронічного гепатиту невірусного по

Реферат: Спосіб поляризаційного картографування лінійного двопроменезаломлення полікристалічних плівок плазми крові у диференційній діагностиці неалкогольної жирової хвороби печінки та хронічного гепатиту невірусного походження шляхом оцінки біохімічних змін біологічних об'єктів. Проводять опромінювання плівки плазми крові людини низькокогерентним циркулярно поляризованим випромінюванням напівпровідникового лазера з довжиною хвилі 0,64 мкм, обертають площину попускання лінійного поляризатора-аналізатора під кутами від 0° до 180° відносно площини падіння, вимірюють максимальний ( I m ax ) та мінімальний ( I m in ) рівні інтенсивності у кожному пікселі цифрової камери, визначають розподіл значень еліптичності поляризації мікроскопічного зображення плівки плазми крові, обчислюють величини набору статистичних моментів 1-4-го порядків, за якими проводять диференційну діагностику неалкогольної жирової хвороби печінки та хронічного гепатиту. UA 116068 U (12) UA 116068 U UA 116068 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до медицини, а саме до гепатології, а також фізичної оптики і може бути використана для диференційної діагностики неалкогольної жирової хвороби печінки та хронічного гепатиту невірусного походження, як одних з найбільш розповсюджених захворювань гепатобіліарної системи. Сучасні методи диференційованої діагностики дифузних захворювань печінки мають певні недоліки, серед яких інвазивність та дороговартісність проведення дослідження. Наш спосіб, що заявляється, дозволяє уникнути вказаних недоліків, значно об'єктивізувати диференційну діагностику зазначених патологій та отримати точні дані, які не залежать від суб'єктивної оцінки медичного експерта. Відомий ряд оптичних способів поляриметрії, які досліджують координатний розподіл станів поляризації лазерного випромінювання біологічними тканинами. Спосіб-аналог, описаний в [Statistical, Correlation and Topological Approaches in Diagnostics of the Structure and Physiological State of Birefringent Biological Tissues / O. V. Angelsky, A. G. Ushenko, Yu. A. Ushenko, V. P. Pishak, A. P. Peresunko // Handbook of Photonics for Biomedical Science; Ed. by Valery V. TuchinLondon.: CRC Press.-2010.-P. 283-322], оснований на аналізі картини розподілу значень еліптичності поляризації в лазерному зображенні гістологічних зрізів сполучної і м'язової тканини. Недоліком способу є низька точність вимірювання еліптичності поляризації у зображенні та визначення їх топологічного розподілу, а також відсутність інформації про розподіли еліптичності поляризації. Прототипом способу, що заявляється, є спосіб визначення оптико-геометричної структури біологічних тканин шляхом оцінки розподілів еліптичності поляризації [Y. О. Ushenko, Y. Y. Tomka, I. Z. Misevich, A.-P. Angelsky, V. Т. Bachinsky, "Polarization-singular Processing of Phaseinhomogeneous Layers Laser Images to Diagnose and Classify their Optical Properties, " Advances in Electrical and Computer Engineering, vol. 11, no. 1, pp. 3-10,2011.]. У способі-прототипу за допомогою чвертьхвильової пластинки і поляризатора вимірюють координатний розподіл еліптичності поляризації у площині лазерного зображення, за яким визначають наявність патологічних змін сполучної і м'язової біологічних тканин. Основним недоліком способу-прототипу, є відсутність даних про причини виникнення патології біологічних тканин, а також високий рівень шумів у лазерних зображеннях, обумовлений наявністю когерентного спекл-фона, який понижує точність діагностики. Більше того, необхідність травматичної операції біопсії значно обмежує діагностичні можливості способу. Нами пропонується рішення, що усуває вказані недоліки. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити спосіб диференційної діагностики неалкогольної жирової хвороби печінки та хронічного гепатиту шляхом оцінки трансформації оптичної активності молекулярних сполук плазми крові за визначенням координатних змін розподілів значень еліптичності поляризації мікроскопічних зображень полікристалічних плівок плазми крові для розширення функціональних можливостей діагностики анізотропії біологічних шарів людини, а також у підвищенні точності вимірювання поляризаційних параметрів - еліптичності поляризації у точках (пікселях) цифрових мікроскопічних зображень полікристалічних плівок плазми крові. Поставлена задача вирішується тим, що у способі поляризаційного картографування лінійного двопроменезаломлення полікристалічних плівок плазми крові у диференційній діагностиці неалкогольної жирової хвороби печінки та хронічного гепатиту невірусного походження проводять опромінювання плівки плазми крові людини низькокогерентним циркулярно поляризованим випромінюванням напівпровідникового лазера з довжиною хвилі 0,64 мкм, обертають площину попускання лінійного поляризатора-аналізатора під кутами від 0° до 180° відносно площини падіння, вимірюють максимальний ( I m ax ) та мінімальний ( I m in ) рівні інтенсивності у кожному пікселі цифрової камери, визначають розподіл значень еліптичності поляризації мікроскопічного зображення плівки плазми крові, обчислюють величини набору статистичних моментів 1-4-го порядків, за якими здійснюють диференційну діагностику неалкогольної жирової хвороби печінки та хронічного гепатиту. Спільними ознаками прототипу та рішення, що пропонується, є використання для діагностики патології змін оптичної анізотропії біологічних шарів. Корисна модель відрізняється від прототипу тим, що використовують низькокогерентне циркулярно поляризоване лазерне випромінювання із наступною статистичною оцінкою змін розподілів значення еліптичності поляризації мікроскопічних зображень плівки плазми крові. Спосіб здійснюється наступним чином. Для диференційної діагностики неалкогольної жирової хвороби печінки та хронічного гепатиту забирають зразок плазми крові. Наносять її краплю на оптично однорідне скло. Утворену плівку просушують при кімнатній температурі 1 UA 116068 U 5 10 15 протягом 24 годин до повної кристалізації. За допомогою пристрою проводять лазерне опромінення дослідного зразку, вимірюючи розподіли значень еліптичності поляризації у мікроскопічному зображенні полікристалічної плівки плазми крові. За оцінкою величини значень статистичних моментів 1-го - 4-го порядків, які характеризують розподіли значень еліптичності поляризації у мікроскопічному зображенні полікристалічної плівки плазми крові проводять диференційну діагностику неалкогольної жирової хвороби печінки та хронічного гепатиту. Теоретичним підґрунтям для використання способу є наступні дані. Найбільш повно зміни оптичної анізотропії світлорозсіюючих об'єктів, включаючи і біологічні тканини, описують характеристики світлових полів у термінах розподілів параметрів поляризації, зокрема її еліптичності [Diagnostics of Structure and Physiological State of Birefiingent Biological Tissues: Statistical, Correlation and Topological Approaches / Y. A. Ushenko, T. M. Boychuk, V. T. Bachynsky, O. P. Mincer // Handbook of Coherent-Domain Optical Methods. - New York: Springer Science+Business Media-2013. - P. 107-148]. Методика вимірювання таких розподілів наступна. Вимірювання значення еліптичності поляризації в межах кожного m  n пікселя світлочутливої площадки CCD - камери проводилося шляхом обертання площини пропускання поляризатора-аналізатора на кути від 0° до 180°, відповідно. При цьому послідовно вимірювалися сигнали I m ax та I m in з наступним обчисленням значення еліптичності поляризації  mn  0,5arctg 20 I m in . (1) I m ax Сукупність значень  mn складає двовимірний масив випадкових значень еліптичності поляризації мікроскопічного зображення полікристалічної плівки плазми крові.  11 .... 1m      : : :  . (2)    n1 ...  mn  Таким чином, за виміряними інтенсивностями 25 I m in та I m ax низькокогерентного лазерного випромінювання довжиною хвилі 0,64 мкм, можна однозначно визначити розподіл значень еліптичності поляризації мікроскопічного зображення полікристалічної плівки плазми крові та обчислити статистичні моменти першого M 1 другого M 2 , третього M 3 і четвертого M 4 порядків M1  1 N N  i 1 i  1 ( 1   2  ...   N ) ; N 1 N 2 1  i  N (21  22  ... 2N ) ; N i1 1 1 N 1 1 M 3  3  3i  3 (3  32  ...  3N ) ; 1 M 2 N i 1 M2 N M2  30 1 1 N 4 1 1   i  M 4 N (41  42  ...  4N ) ; (3) 4 M 2 N i 1 2 де N  m  n - кількість пікселів. M4  35 Використання корисної моделі пояснюється наступним прикладом: нехай опромінюючий пучок є циркулярно поляризованим. Як зразки використали полікристалічні плівки плазми крові. В таблиці 1 наведені значення середнього, дисперсії, асиметрії та ексцесу, що характеризують розподіли значень еліптичності поляризації мікроскопічних зображень полікристалічних плівок плазми крові практично здорових донорів (група 1) та пацієнтів з неалкогольною жировою хворобою печінки (група 2) і хронічним гепатитом невірусного походження (група 3). 40 2 UA 116068 U Таблиця 1     Середнє M 1 , дисперсія M 2 , асиметрія M 3 та ексцес M 4 , які характеризують розподіли   m n M k лазерних мікроскопічних зображень зразків плівок плазми крові різних груп пацієнтів Група 1 (30 зразків) Група 2 (50 зразків) Група 3 (50 зразків) M 1 0,048±0,005 0,052±0,006 M 2 0,094±0,011 0,15+0,017 0,24±0,026 M 3 0,19±0,022 0,23±0,024 0,26±0,029 M 4 5 0,046±0,005 0,85±0,094 0,61±0,063 0,36±0,039 Таким чином, нами встановлена значна відмінність статистичних моментів вищих порядків, відмінності між якими лежатьу межах 2,55 ( M 2 ) і 2,39 ( M 4 ) разів. У таблиці 2 представлені чутливість Se та специфічність Sp методу поляризаційної діагностики та диференціації неалкогольної жирової хвороби печінки та хронічного гепатиту. Таблиця 2 Статистичні моменти Z1 Z2 Z3 Z4 10 15 20 Чутливість Se 63 % Специфічність Sp 62 % 89 % 85 % 69 % 64 % 93 % 88 % Таким чином, згідно з положеннями доказової медицини можна констатувати сильний рівень доведеності поляризаційної диференційної діагностики неалкогольної жирової хвороби печінки та хронічного гепатиту з використанням статистичних моментів 2-го і 4-го порядків, які характеризують дисперсію та ексцес координатних розподілів значень еліптичності поляризації мікроскопічних зображень полікристалічних плівок плазми крові людини. Технічний результат: використання запропонованого способу призводить до розширення функціональних можливостей та підвищення точності поляризаційної диференційної діагностики неалкогольної жирової хвороби печінки та хронічного гепатиту шляхом моніторингу зміни значень статистичних моментів розподілів значень еліптичності поляризації мікроскопічних зображень полікристалічних плівок плазми крові людини. Нами вперше використано низькокогерентного циркулярно поляризоване лазерне випромінювання із наступним моніторингом зміни значень статистичних моментів 1-4-го порядків, які характеризують розподіли значень еліптичності поляризації мікроскопічних зображень полікристалічних плівок плазми крові людини. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 Спосіб поляризаційного картографування лінійного двопроменезаломлення полікристалічних плівок плазми крові у диференційній діагностиці неалкогольної жирової хвороби печінки та хронічного гепатиту невірусного походження шляхом оцінки біохімічних змін біологічних об'єктів, який відрізняється тим, що проводять опромінювання плівки плазми крові людини низькокогерентним циркулярно поляризованим випромінюванням напівпровідникового лазера з довжиною хвилі 0,64 мкм, обертають площину попускання лінійного поляризатора-аналізатора під кутами від 0° до 180° відносно площини падіння, вимірюють максимальний ( I m ax ) та мінімальний ( I m in ) рівні інтенсивності у кожному пікселі цифрової камери, визначають розподіл значень еліптичності поляризації мікроскопічного зображення плівки плазми крові, обчислюють величини набору статистичних моментів 1-4-го порядків, за якими проводять диференційну діагностику неалкогольної жирової хвороби печінки та хронічного гепатиту. 3 UA 116068 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4