Спосіб діагностики артриту

Реферат: UA 81114 U UA 81114 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до медицини, а саме до терапії, і може бути використана при діагностиці захворювань суглобів людини. Відомо, що інтенсивний розвиток методу лазерної поляриметрії при дослідженні морфологічної структури та фізіологічного стану різноманітних біологічних тканин та рідин, створив фундамент для розвитку модельних уявлень про оптико-анізотропну і самоподібну структуру таких об'єктів. Морфологічна структура біологічних об'єктів розглядається як двокомпонентна аморфно-кристалічна структура, аморфна компонента - жири, ліпіди, неструктуровані білки; поляризаційно-ізотропна - біологічні рідини. Виявлено взаємозв'язки між набором статистичних моментів 1-4 порядків, які характеризують мікрогеометрію поверхні і орієнтаційно-фазову будову двопроменезаломлюючої архітектоніки біологічних об'єктів та сукупністю відповідних статистичних моментів координатних розподілів значень азимутів і еліптичностей поляризаційних зображень. Особливістю лазерної поляриметрії розподілів азимутів та еліптичності є точковий аналіз поляризаційних параметрів об'єктивного поля та пов'язаний з ним пошук їх взаємозв'язку з орієнтаційними і анізотропними параметрами архітектоніки біологічних тканин та рідин [Основи лазерної поляриметрії. Вектор-параметрична діагностика патофізіологічного стану біологічних тканин людини / О.Г. Ушенко, Т.М. Бойчук, О.П. Пересунько, В.П. Унгурян. - Чернівці: Чернівецький нац. ун-т., 2010.-576 с.]. Аналогом способу є дослідження J. Shuliang et al. [Optical fiber based Mueller optical coherence tomography / J. Shuliang, Yu. Wurong, G. Stoica, V. Lihong // Optics Letters.-2003. - Vol. 28, № 14. - P. 1206-1208], в якому використовується лазерна поляриметрична поляриметрія для ранньої діагностики патологічних змін шкіри, епітеліальній і сполучній тканині жіночих репродуктивних органів. Недоліком способу-аналога є те, що не використовується статистична обробка лазерних поляриметричних зображень. Найближчим аналогом є дослідження X. Wang, L.-H. Wang [Wang X. Propagation of polarized light in birefringent turbid media: a Monte Carlo study / X. Wang, L.-H. Wang // J. Biomed. Opt. - 2002. - Vol. 7. - P. 279-290], яке обґрунтовує взаємозв'язок між ансамблем статистичних моментів 1-4 порядків для орієнтації фазової структури двозаломлюючих біологічних тканин, архітектоніки і 20-розподілу азимутів еліптичності їх лазерного зображення. Недолік найближчого аналога полягає в тому, що не використовуються статистичні моменти 1-4 порядків для встановлення критеріїв оцінки поляризаційних лазерних зображень оптично ізотропної, оптично анізотропної та оптично кристалічної фаз біологічної рідини. В основі корисної моделі використовується статистичний, кореляційний, фрактальний аналіз та дисперсійний аналіз розподілу екстремумів log-log залежностей спектрів потужності поляризаційних лазерних зображень синовіальної рідини. Ознаки корисної моделі: - поляризаційні лазерні зображення; - статистичні моменти; - кореляційна площа; - кореляційний момент; - фрактальна розмірність; - дисперсія розподілу екстремумів log-log залежностей спектрів потужності; - статистичні моменти розкладу Грама-Шарльє. Спільними ознаками аналога та способу, що заявляється, є те, що для аналізу оптикоанізотропних біологічних тканин використовується фрактальна розмірність для поляризаційних лазерних зображень. Відмінності корисної моделі від аналога наведені в табл. 1. Таблиця 1 Порівняння корисної моделі та найближчого аналога за ознаками Ознаки поляризаційні лазерні зображення статистичні моменти статистичні моменти розкладу Грама-Шарльє кореляційна площа фрактальна розмірність дисперсія розподілу екстремумів log-log залежностей спектрів потужності Корисна модель використовується використовується використовується використовується використовується використовується 1 Найближчий аналог використовується використовується не використовується не використовується не використовується не використовується UA 81114 U 5 10 15 20 25 30 Визначення термінів, які використовуються при описі корисної моделі: статистичні моменти, кореляція, фрактальна розмірність, дисперсія. Теоретичні передумови здійснення способу, що заявляється. З оптичної точки зору синовіальна рідина являє собою багатокомпонентну фазово-неоднорідну рідину, до складу якої входять три основні фракції: 1) оптично ізотропна - оптично гомогенний комплекс гіалурованої кислоти з білками; 2) оптично анізотропна - рідкокристалічна фракція, що складається із сукупності рідких кристалів різних типів - фібринових ниток, колагенових волокон; 3) оптично кристалічна - твердокристалічна фракція, що складається з уламків хряща та синовіальної оболонки, фрагменти насиченої фібрином некротичної суглобної мембрани. Синовіальна рідина суглобів людини незалежно від їх фізіологічного стану містить фазомодулюючу оптико-анізотропну мережу біологічних кристалів. Спосіб виконується наступним чином. Дослідження поляризаційно-неоднорідних лазерних об'єктних полів синовіальної рідини суглобів виконується з використанням інтерферометра Маха-Цандера. Оптична схема інтерферометра представлена на фіг. 1. Пристрій складається з одномодового He-Ne лазера 1 з довжиною хвилі λ = 0,6328 мкм; коліматора 2, поляризаційних фільтрів 4, 7, 11; мазка препарату синовіальної рідини 8; світлоподільників 5, 12; рухомих дзеркал 6, 9; п'єзоелектричного елемента 10; мікрооб'єктива 13; CCD-камери 14; процесора 15. Поляризаційний освітлювач 3 формує циркулярну поляризацію хвилі, що випромінюється лазером. Світлоподільник 5 розділяє промінь на освітлювальний та референтний, азимут поляризації яких задається поляризаційними фільтрами 7 і 11 відповідно. Світлоподільник 12 реалізовує змішування референтної хвилі та об'єктного поля гістологічного зрізу зразка біологічної рідини 8. Значення фазової затримки υ визначається лінійним зміщенням дзеркала 9 за допомогою п'єзоелектричного елемента 10. Виникаюче інтерференційне поле проектується лінзою мікрооб'єктива 13 в площину світлочутливої площадки CCD-камери 14. Вимірювання фаз лазерних зображень біологічних рідин полягає в такій послідовності дій: 1) Референтний промінь перекривають екраном і, використовуючи CCD-камеру 14, вимірюють координатний розподіл інтенсивності І(mn) лазерного зображення. 2) Орієнтуючі осі поляризаційного фільтра 11 під кутами θ=0° і θ=90° вимірюють масиви значень інтенсивності I (m  n) ; I (m  n) . x y 3) Переміщуючи дзеркало 9 за допомогою п'єзоелектричного елемента, визначають масиви 35 мінімальних і максимальних значень інтенсивності Imin (m  n) ; Imax (m  n) інтерференційного x y поля для кожного пікселя CCD-камери. 4) На основі цього визначають розподіли фазових зсувів між ортогональними компонентами лазерних коливань: m  n  I y m  n  Imax m  N . y  40 45 50 55  Приклад 1. На фіг. 2 показана серія лазерних зображень синовіальної рідини, зареєстрованих для різних значень кута (θ) між площинами пропускання поляризатора та аналізатора. Порівняльний аналіз сукупності поляризаційних лазерних зображень шарів синовіальної рідини людини виявив: розподіл інтенсивності являє собою координатно-неоднорідні структури, сформовані як оптико-ізотропними, так і оптико-анізотропними компонентами; реєстрація лазерних зображень відбувається у перехрещених (θ=90°) площинах пропускання поляризатора та аналізатора. Спосіб дозволяє візуалізувати координатний розподіл рідкокристалічної фази синовіальної рідини. Приклад 2. На фіг. 3 наведені зображення полікристалічної мережі синовіальної рідини суглобів людини з остеоатричним (а) і ревматоїдним артритом (б), що свідчить про наявність рідкокристалічної фази. Приклад 3. Фіг. 4 ілюструє фазові мапи (фрагменти (а), (б)) та гістограми (фрагменти (в), (г)) розподілів випадкових значень фазових зсувів між ортогональними компонентами амплітуди лазерного випромінювання, перетвореного шарами синовіальної рідини суглобів з остеоартритом (а; в) та ревматоїдним артритом (б; г). Для більш детального дослідження структури фазових мап синовіальної рідини використовується метод селекції інформації. З усієї координатної множини значень фазових мап (фіг. 3) проводиться вибірка екстремальних значень δ(m×n)=0 і δ(m×n)=1. 2 UA 81114 U   ......1n  m  n   11   ......   nn   n1 У табл. 2 та табл. 3 наведені статистичні моменти та кореляційні і фрактальні параметри, які характеризують кількість екстремальних значень координатних розподілів лазерних зображень синовіальної рідини. 5 Таблиця 2 Статистичні моменти Z i1 4 розподілу екстремальних значень координатних розподілів δ(mn) лазерних зображень синовіальної рідини δ(m×n) δ(mn)=0 Ревматоїдний артрит (n=19) Остеоартрит (n=21) δ(mn)=1 Ревматоїдний артрит (n=19) Параметри Остеоартрит (n=21)  Z1 0,46 ± 0,049 0,51 ± 0,055 0,22 ± 0,028 0,36 ± 0,042 Z 2 0,11 ± 0,015 0,09 ± 0,011 0,23 ± 0,03 0,13 ± 0,017  Z3 0,21 ± 0,024 0,15 ± 0,018 0,89 ± 0,097 2,17 ± 0,27 Z 4 0,29 ± 0,036 0,23 ± 0,027 0,77 ± 0,081 2,86 ± 0,31 Діагностично чутливими до виникнення запального процесу виявилися статистичні моменти 10  3-го ( Z 3 ) і 4-го ( Z  ) порядків кількості екстремальних значень Nmax(x)фазових зсувів δ(mn)=1 4 лазерних зображень синовіальної рідини обох типів. Відмінності між ними складають 2,4 і 4,1 разу. Таблиця 3 Кореляційні R; S; Q і фрактальні F; D параметри розподілу екстремальних значень координатних розподілів δ(mn) лазерних зображень синовіальної рідини δ(m×n) δ(m×n)=0 Остеоартрит Ревматоїдний (n=21) артрит (n=19) Остеоартрит (n=21) R 2 0,35 ± 0,037 0,36 ± 0,039 0,19 ± 0,022 0,31 ± 0,033 R 4 0,11 ± 0,013 0,09 ± 0,011 0,89 ± 0,099 2,64 ± 0,27 S 0,28 ± 0,016 0,24 ± 0,014 0,17 ± 0,021 0,08 ± 0,015  F1  2,09 ± 0,016 1,97 ± 0,15 1,92 ± 0,18 статистичний 0,18 ± 0,022 0,21 ± 0,028 0,27 ± 0,033 0,18 ± 0,023 Параметри D δ(m×n)=1 Ревматоїдний артрит (n=19) З табл. 3 слідує, що дисперсія ( R  ) та ексцес ( R  ) розкладу Грама-Шарльє розподілів 2 4 автокореляційних функцій Кmах(Δх) розподілів Nmax(x) відрізняються у 1,8 і 2,7 разу; кореляційна 15 площа S  автокореляційної залежності Кmах(Δх) розподілу кількості екстремальних фазових зсувів у лазерному зображенні синовіальної рідини суглобів людини з остеоартритом у 2,55 разу менша за аналогічний параметр, визначений для фазової мапи такої рідини з групи 1; розподіли Nmax(x) для фазових мап синовіальної рідини групи 1 і групи 2 відповідно фрактальні та статистичні; дисперсія D  залежностей logJ(Nmax)-logd у випадку патологічних змін полікристалічної структури синовіальної рідини зменшується у 1,75 разу. Технічний результат: згідно з способом встановлені критерії фазової діагностики виникнення і диференціації запальних процесів на основі статистичних моментів 1-4 порядків, статистичних моментів розкладу Грама-Шарльє, кореляційної площі, фрактальної розмірності, дисперсії розподілу екстремумів log-log залежностей спектрів потужності аналізу фазових розподілів синовіальної рідини. -1 20 25 3 UA 81114 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Спосіб діагностики артриту шляхом проведення лазерної поляриметрії, який відрізняється тим, що визначають статистичні моменти розкладу Грама-Шарльє, кореляційну площу та фрактальну розмірність, а також дисперсію розподілу екстремумів log-log залежностей спектрів потужності синовіальної рідини. 4 UA 81114 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5