Спосіб поляризаційної диференціальної автофлуоресцентної діагностики діабету

Реферат: Спосіб поляризаційної диференціальної автофлуоресцентної діагностики діабету шляхом стокс-параметричного картографування лазерно-індукованої флуоресценції гістологічних зрізів внутрішніх органів (нирка, печінка, селезінка, підшлункова) пацюка шляхом оцінки статистичних змін. Для оцінки таких змін проводять опромінювання гістологічних зрізів внутрішніх органів пацюка право-циркулярно поляризованим випромінюванням з довжиною хвилі 0,405 мкм. За допомогою мікрооб'єктива проектують флуоресцентне зображення крізь смуговий інтерференційний світлофільтр та аналізатор, вісь пропускання якого для кожного зображення обертають на кути 45°, 135° відносно площини падіння. Вимірюють відповідні рівні інтенсивності, за якими визначають розподіли величини орієнтаційного параметра вектора Стокса флуоресцентних зображень гістологічних зрізів внутрішніх органів пацюка, обчислюють статистичні моменти 3-го і 4-го порядків, які характеризують такі розподіли, згідно з якими судять про наявність та важкість перебігу діабету. UA 116074 U (12) UA 116074 U UA 116074 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до медицини, патологічної анатомії, а також фізичної оптики і може бути використана для диференціальної діагностики та моніторингу перебігу діабету та дослідження станів поляризації гістологічних зрізів біологічних шарів, що актуально у дослідженні динаміки розвитку патології біологічних тканин. Відомі різноманітні способи диференціальної діагностики діабету. Серед них можна виділити внутрішньовенну відеографію внутрішніх органів, яка дозволяє судити їх функціональний стан і розміри. Проте, така діагностика має складність проведення, а також низьку інформативність. Розвитком даного методу є комп'ютерна томографія, яка дозволяє диференціювати тканини внутрішніх органів і оцінювати об'ємні утворення [Батюшин М.М., Повилайтите П.Е. Клиническая нефрология. Руководство. - Издательство Элиста: ЗАОр НПП "Джангар", 2009. - С. 13-14; 8-86]. Найбільш достовірним є гістологічне дослідження тканин внутрішніх органів, яке дозволяє не тільки визначати тип патологічних змін, але й прогнозувати ефективність терапії, ризик несприятливого фіналу [Арутюнов Г.П., Оганезова Л.Г., Соколова А.В. Экспериментальные модели поражения тубулоинтерстициальной ткани почек при артериальной гипертензии. Клиническая нефрология 2011. - 2. - 75-78]. Проте, на даний час не існує об'єктивного, точного та зручного способу визначення та диференціальної діагностики ступеня важкості та перебігу діабету. Наш спосіб, що заявляється, дозволяє уникнути вказаних недоліків, значно об'єктивізувати диференціальну діагностику діабету та отримати точні дані, які не залежать від суб'єктивної оцінки судово-медичного експерта. Відомий ряд оптичних способів поляриметрії, які досліджують координатний розподіл станів поляризації лазерного випромінювання біологічними тканинами. Спосіб-аналог, описаний в [A.G. Ushenko, and V.P. Pishak. Laser Polarimetry of Biological Tissue. Principles and Applications // in Coherent-Domain Optical Methods. Biomedical Diagnostics, Environmental and Material Science / ed. V. Tuchin. - Kluwer Academic Publishers, 2004. - P. 67], заснований на аналізі картини розподілу азимутів поляризації в лазерному зображенні гістологічних зрізів сполучної і м'язової тканини. Недоліком способу є низька точність вимірювання азимутів поляризації у зображенні та визначення їх координатного розподілу, а також відсутність інформації про розподіли еліптичності поляризації. Також аналогом способу, що заявляється, є спосіб визначення оптико-геометричної структури біологічних тканин шляхом оцінки розподілів азимута та 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, № 6. - P. 064025)]. У способі-аналогу за допомогою чвертьхвильової пластинки і поляризатора вимірюють координатний розподіл азимутів і еліптичності поляризації у площині лазерного зображення, за яким визначають оптико-геометричну структуру архітектонічної сітки сполучної і м'язової біологічних тканин. Основним недоліком способу-аналога є відсутність даних про причини зміни оптичних властивостей біологічних тканин. Найближчим аналогом корисної моделі є спосіб диференціальної діагностики діабету за оцінкою всіх структурних компонентів гістологічних зрізів тканин внутрішніх органів [Amico G. Influence of clinical and histological features on actuarial renal survival in adult patients with idiopathic IgA nephropathy, membranous nephropathy and membranoproliferative glomerulonephritis: survey of the recent literature. Am. J. Kidney Dis., 1992. - 20. - 315-323]. Недоліками найближчого аналога є те, що відбувається відносне, суб'єктивне визначення діабету, що у більшій мірі залежить від кваліфікації експерта, низька точність визначення ступеня важкості патології, необхідність врахування великої кількості факторів (вік, стать, тривалість та методика лікування), необхідність проведення консультацій інших спеціалістів, що значно гальмує діагностику у часі та призводить до залучення додаткових коштів. Нами пропонується корисна модель, що усуває вказані недоліки. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити спосіб диференціальної діагностики діабету шляхом оцінки морфологічних змін за визначенням величини статистичних моментів 3-го - 4-го порядків, які характеризують координатні розподіли значень орієнтаційного параметра вектора Стокса автофлуоресцентних мікроскопічних зображень гістологічних зрізів внутрішніх органів пацюка (нирка, селезінка, печінка, підшлункова залоза) для розширення функціональних можливостей діагностики анізотропії біологічних тканин, а також підвищення точності диференціальної діагностики діабету. 1 UA 116074 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Поставлена задача вирішується тим, що у способі поляризаційної диференціальної автофлуоресцентної діагностики діабету за стокс-параметричним картографуванням лазерноіндукованої флуоресценції гістологічних зрізів внутрішніх органів (нирка, печінка, селезінка, підшлункова) пацюка шляхом оцінки статистичних змін, згідно з корисною моделлю, для оцінки таких змін проводять опромінювання гістологічних зрізів внутрішніх органів пацюка правоциркулярно поляризованим випромінювання з довжиною хвилі 0,405 мкм, за допомогою мікрооб'єктива проектують флуоресцентне зображення крізь смуговий інтерференційний світлофільтр та аналізатор, вісь пропускання якого для кожного зображення обертають на кути 45°, 135° відносно площини падіння, вимірюють відповідні рівні інтенсивності, за якими визначають розподіли величини орієнтаційного параметра вектора Стокса флуоресцентних зображень гістологічних зрізів внутрішніх органів пацюка, обчислюють статистичні моменти 3-го і 4-го порядків, які характеризують такі розподіли, згідно з якими судять про наявність та важкості перебігу діабету. Спільними ознаками найближчого аналога та корисної моделі, що заявляється, є використання для визначення наявності та важкості перебігу діабету морфологічних змін біологічних тканин. Запропонована корисна модель відрізняється від найближчого аналога тим, що використовується випромінювання напівпровідникового лазера з довжиною хвилі 0,405 мкм, проводять опромінювання гістологічних зрізів право-циркулярно поляризованим випромінюванням, за допомогою мікрооб'єктива проектують флуоресцентне зображення крізь смуговий інтерференційний світлофільтр та аналізатор, вісь пропускання якого для кожного зображення обертають на кути 45°, 135° відносно площини падіння, вимірюють відповідні рівні інтенсивності, за якими визначають розподіли величини орієнтаційного параметра вектора Стокса флуоресцентних зображень гістологічних зрізів внутрішніх органів пацюка, обчислюють статистичні моменти 3-го і 4-го порядків, які характеризують такі розподіли, згідно з якими судять про наявність та важкість перебігу діабету. Спосіб здійснюється наступним чином. Для оцінки наявності та важкості перебігу діабету забирають зразки тканин внутрішніх органів пацюка. За допомогою пристрою проводять опромінювання гістологічних зрізів право-циркулярно поляризованим випромінюванням, за допомогою мікрооб'єктива проектують флуоресцентне зображення крізь смуговий інтерференційний світлофільтр та аналізатор, вісь пропускання якого для кожного зображення обертають на кути 45°, 135° відносно площини падіння, вимірюють відповідні рівні інтенсивності, за якими визначають розподіли величини орієнтаційного параметра вектора Стокса флуоресцентних зображень гістологічних зрізів внутрішніх органів пацюка, обчислюють статистичні моменти 3-го і 4-го порядків, які характеризують такі розподіли, згідно з якими судять про наявність та важкість перебігу діабету. Теоретичним підґрунтям для використання способу є наступні дані. Ідея [Лазерна поляризаційна морфологія біологічних тканин: статистичний і фрактальний підходи. Монографія / [Ушенко О.Г., Пішак В.П., Ангельський О.В., Ушенко Ю.О.]. - Чернівці: Колір-Друк, 2007. - 314 с.] лазерної флуоресценції полягає в опромінюванні біологічних тканин людини короткохвильовим когерентним пучком з довжиною хвилі   0,405 мкм , що має енергію W W  h c . (1)  Тут c - швидкість світла; h - стала Планка. 45 При поглинанні такої енергії порфіринами тканин внутрішніх органів пацюка відбувається їх активація з наступною флуоресценцію у вигляді перевипромінювання у більш довгохвильовій області *  0,63 m W*  h c * . (2) Таким чином, у залежності від концентрації порфіринів у тканинах внутрішніх органів формується координатний розподіл інтенсивності флуоресцентного зображення 50 I I *   11 I  m1   I1n   . (3) I mn   Найбільш повно поляризаційні характеристики світлових полів, включаючи флуоресцентне випромінювання, описуються у термінах параметрів вектора Стокса [А.Г. Ушенко, С.Б. Ермоленко, М.А. Недужко Поляризационно-интерференционная диагностика внутренних напряжений // Дефектоскопия. - 1991.б - № 6. - С. 83-88] 2 UA 116074 U S 0  S S1 , S 2 , S3 , S 4  , (4) 5 де S i - параметри вектора Стокса. Найбільш повну інформацію про орієнтаційну будову біологічних тканин несе третій параметр вектора Стокса S 3  I 45  I135 , (5) тут - I 45 , I135 інтенсивності ортогональних лінійно поляризованих компонентів оптичного поля. Таким чином, за виміряними (для кожного окремого пікселя (mn) CCD - камери) розподілами орієнтаційного параметра S 3 m  n  можна однозначно визначити їх асиметрію Z 3 та ексцес 10 Z4 Z3  1 1 3 Z2 N N  S  ; (6) i 1 3 3 i 1 1 N  S3 i4 ; (7) 4 Z 2 N i 1 де N - повна кількість пікселів CCD-камери, яка реєструє поляризаційно-неоднорідне Z4  15 20 флуоресцентне зображення гістологічних зрізів органів пацюка. Використання корисної моделі пояснюється наступним прикладом: нехай опромінюючий пучок є лазерним з довжиною хвилі   0,405 m . Як зразок використали зразки гістологічних зрізів тканин нирки, печінки, селезінки та підшлункової пацюка. У таблицях 1-4 приведені статистичні Z i 1 ; 2 ; 3 ; 4 параметри, що характеризують координатні розподіли орієнтаційного S 3 m  n  параметра автофлуоресцентних мікроскопічних зображень гістологічних зрізів печінки, селезінки, нирки і підшлункової Таблиця 1 Статистичні параметри, що характеризують координатні розподіли орієнтаційного параметра S3 m  n  автофлуоресцентних мікроскопічних зображень гістологічних зрізів печінки Параметри Z3 Z4 норма 0,52 0,86 Патологія 0,78 0,79 Таблиця 2 Статистичні параметри, що характеризують координатні розподіли орієнтаційного S 3 m  n  параметра автофлуоресцентних мікроскопічних зображень гістологічних зрізів селезінки Параметри Z3 Z4 норма 0,35 0,98 Патологія 0,57 0,87 Таблиця 3 Статистичні Z i 1 ; 2 ; 3 ; 4 параметри, що характеризують координатні розподіли орієнтаційного параметра S 3 m  n  автофлуоресцентних мікроскопічних зображень гістологічних зрізів нирки Параметри Z3 Z4 Норма 0,65 1,08 Патологія 0,97 0,89 3 UA 116074 U Таблиця 4 Статистичні Z i 1 ; 2 ; 3 ; 4 параметри, що характеризують координатні розподіли орієнтаційного параметра S 3 m  n  автофлуоресцентних мікроскопічних зображень гістологічних зрізів підшлункової Параметри Z3 Z4 5 10 норма 0,75 0,81 Патологія 0,98 0,73 Технічний результат досягається завдяки новій сукупності дій, яка складає запропонований спосіб, що призводить до розширення функціональних можливостей та підвищення точності диференціальної діагностики діабету шляхом визначення зміни значень статистичних моментів, які характеризують розподіли орієнтаційного параметра вектора Стокса флуоресценції гістологічних зрізів тканин внутрішніх органів пацюка. Нами вперше використано лазерне випромінювання з довжиною хвилі 0,405 мкм, поляризаційна та спектральна фільтрація із наступним визначенням зміни значень статистичних моментів 3-го - 4-го порядків, які характеризують розподіли орієнтаційного параметра вектора Стокса флуоресценції гістологічних зрізів тканин внутрішніх органів пацюка, за якими судять про наявність діабету та ступінь його важкості. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 Спосіб поляризаційної диференціальної автофлуоресцентної діагностики діабету за стокспараметричним картографуванням лазерно-індукованої флуоресценції гістологічних зрізів внутрішніх органів (нирка, печінка, селезінка, підшлункова) пацюка шляхом оцінки статистичних змін, який відрізняється тим, що для оцінки таких змін проводять опромінювання гістологічних зрізів внутрішніх органів пацюка право-циркулярно поляризованим випромінюванням з довжиною хвилі 0,405 мкм, за допомогою мікрооб'єктива проектують флуоресцентне зображення крізь смуговий інтерференційний світлофільтр та аналізатор, вісь пропускання якого для кожного зображення обертають на кути 45°,135° відносно площини падіння, вимірюють відповідні рівні інтенсивності, за якими визначають розподіли величини орієнтаційного параметра вектора Стокса флуоресцентних зображень гістологічних зрізів внутрішніх органів пацюка, обчислюють статистичні моменти 3-го і 4-го порядків, які характеризують такі розподіли, згідно з якими судять про наявність та важкість перебігу діабету. 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