Журнал «Травма» Том 12, №2, 2011
Вернуться к номеру
Диференціальна діагностика септичного та реактивного артритів із використанням лазерної поляриметрії синовіальної рідини колінного суглоба
Авторы: Васюк В.Л., Кваснюк Д.І., Буковинський державний медичний університет, м. Чернівці, УшЕнко О.Г., Чернівецький національний університет ім. Ю. Федьковича
Рубрики: Травматология и ортопедия
Версия для печати
Оцінені можливості використання лазерної поляриметрії синовіальної рідини з метою диференціальної діагностики реактивного та септичного артритів. Розглянуто принципи оптичного моделювання синовіальної рідини.
Артрит, лазерна поляриметрія, синовіальна рідина, діагностика.
Діагностика реактивних артритів колінного суглоба включає низку фізичних методів, таких як рентгенографія, комп’ютерна томографія, магнітно-резонансна томографія та інші. Але ці методики не дають об’єктивних даних для диференціації септичного та асептичного артритів на початкових стадіях захворювання та в ранньому післяопераційному періоді. Пошуки вирішення даної проблеми призвели до спроби застосування лазерної поляриметрії з метою визначення структури синовіальної рідини на макро- та мікромолекулярному рівнях. Фізичні основи лазерної поляриметрії полягають у тому, що лазерне випромінювання, як і звичайне світло, може поглинатися та розсіюватися біологічними тканинами. Проектування зображення зразка синовіальної рідини за допомогою мікрооб’єктива в площину світлочутливої площадки ССD-камери за допомогою обертання осі пропускання аналізатора на кути в межах від 0 до 180°, визначення поляризаційних розподілів та обчислення статистичних моментів 3-го, 4-го порядків поляризаційного зображення дає змогу зробити висновок про структуру синовіальної рідини. З точки зору оптики синовіальна рідина являє собою багатокомпонентну рідину, до складу якої входять три основні фракції:
— оптично ізотропна — оптично гомогенний комплекс гіалуронової кислоти з білками, великою кількістю лейкоцитів, високим умістом загального білка і молочної кислоти на фоні низьких показників глюкози;
— оптично анізотропна — рідкокристалічна фаза, що складається із сукупності рідких кристалів різних типів: фібринових ниток, колагенових волокон;
— оптично анізотропна — твердокристалічна фаза відламків хряща і синовіальної оболонки.
Матеріали і методи
Нами було обстежено 19 хворих віком від 16 до 82 років, 9 жінок та 10 чоловіків. 13 із них на основі клінічних, рентгенологічних та лабораторних методів було виставлено діагноз: деформуючий гонартроз ІІ–ІІІ ступеня, реактивний артрит. 6 хворим було встановлено діагноз: септичний артрит колінного суглоба. У всіх хворих у стерильних умовах перед початком лікування взято синовіальну рідину і досліджено за допомогою опромінення паралельно лінійно поляризованим пучком гелій-неонового лазера з довжиною хвилі 0,6328 мкм у лабораторії кореляційної оптики Чернівецького національного університету ім. Ю. Федьковича.
Процеси перетворення поляризаційної структури когерентного випромінювання, що опромінює біологічні об’єкти in vivo, найбільш повно описуються за допомогою матричного оператора такого вигляду:
,
де ṗ — орієнтація оптичної осі анізотропних утворень; δ — величина фазового зсуву, що виникає під впливом двопроменезаломлення біологічної рідини.
Результуючі значення азимуту (a) та еліптичності (b) поляризації лазерного пучка, що пройшов крізь досліджувану біологічну рідину, записуються у вигляді:
Таким чином, за виміряними екстремальними значеннями інтенсивності Imin(m ґ n); Imax(m ґ n) зображення біологічної рідини для кожного окремого пікселя (mn) CCD-камери і відповідних до них кутів повороту Θ(m ґ n)(I(m ґ n) є min) можна однозначно визначити асиметрію Z3 та ексцес Z4 розподілів параметрів поляризації зображення біооб’єкта в різних точках, кількість яких визначається числом пікселів цифрової камери:
де N — повна кількість пікселів CCD-камери, що реєструє поляризаційно-неоднорідне об’єктне поле зразків синовіальної рідини.
Результати
Нами виділено 2 клінічні групи пацієнтів. У першу групу ввійшли 13 пацієнтів із реактивним артритом (табл. 1), а в другу клінічну групу — 6 пацієнтів із септичним артритом (табл. 2).
Отримані нами результати вказують на те, що статистичні моменти, які характеризують поляризаційну структуру зображень досліджуваних нами зразків, у І та ІІ клінічних групах відрізняються в 2,5–3,5 раза (табл. 3).
Висновки
1. Дослідження зразків синовіальної рідини 13 хворих із реактивним артритом та 6 хворих із септичним артритом показали, що статистичні моменти 3-го та 4-го порядків, що характеризують поляризаційну структуру зображень зразків синовіальної рідини, вірогідно відрізняються у хворих на реактивний та септичний артрит, що дає змогу проводити диференціальну діагностику.
2. Експресність методу лазерної поляриметрії синовіальної рідини та його точність дозволяють визначати характер запального процесу в суглобі, що дає можливість своєчасного призначення етіопатогенетичного лікування.
3. У плані перспективних досліджень лазерна поляриметрія синовіальної рідини суглобів покращує процес лікування, дозволяє своєчасно вносити корективи в антибактеріальну та протизапальну терапію.
Бобков В.А. Показатели кислотно-основного состояния синовиальной жидкости у больных ревматоидным артритом в ранней стадии / В.А. Бобков, Т.Н. Браленкова, Р.С. Моисеенко // Тер. арх. — 2000. — Т. 72, № 12. — С. 35-38.
Гнилорыбов А.М. Нейропептиды и нейрогенные механизмы артрита / А.М. Гнилорыбов // Укр. ревматол. журн. — 2004. — Т. 16, № 2. — С. 8-15.
Гнилорыбов А.М. Роль олигомерного матриксного протеина хряща в диагностике поражения суставов / А.М. Гнилорыбов, Т.П. Хрещакова // Укр. ревматол. журн. — 2004. — Т. 17, № 3. — С. 8-11.
Денисенко В. Г. Измерение морфологических форм поляризационных сингулярностей и их статистических весов в оптических векторных полях / В.Г. Денисенко, Р.И. Егоров, М.С. Соскин // Письма в ЖЭТФ. — 2004. — Т. 80, № 1. — C. 21-24.
Егоров Р.И. Топологический отклик неоднородных эллиптически поляризованных световых полей на управляемые анизотропные возмущения / Р.И. Егоров, В.Г. Денисенко, М.С. Соскин // Письма в ЖЭТФ. — 2005. — T. 81. — C. 464-467.
Залесский В.Н. Потенциальная роль микрочастиц клеток крови и синовиальной жидкости в патогенезе ревматических заболеваний / В.Н. Залесский, О.Б. Дынник // Укр. ревматол. журн. — 2006. — Т. 26, № 4. — С. 32-39.
Рушай А.К. Цифровые технологии в диагностике и лечении артритов / А.К. Рушай, В.Г. Климовицкий, С.Н. Кривенко // Укр. журн. телемедицини та мед. телематики. — 2005. — 3, № 1. — С. 75-81.
Клубова Г.Ф. Ревматоїдний артрит: стан системного та локального імунітету на фоні застосування глюкокортикостероїдів і базисної терапії / Г.Ф. Клубова // Укр. ревматол. журн. — 2003. — Т. 11, № 1. — С. 45-50.
Лазерна поляриметрична діагностика в біології та медицині / [В.П. Пішак, О.Г. Ушенко, О.В. Ангельський, С.Б. Єрмоленко та ін.]; за ред. В.П. Пішака та О.Г. Ушенка. — Чернівці: Медакадемія, 2000. — 305 с.
Лисенко І.В. Діагностична цінність оксипроліну й арахідонової кислоти як біологічних маркерів деградації хрящової тканини / І.В. Лисенко // Укр. ревматол. журн. — 2006. — Т. 24, № 2. — С. 40-44.
Лазерна поляризаційна морфологія біологічних тканин: статистичний і фрактальний підходи / [Ушенко О.Г., Пішак В.П., Ангельський О.В., Ушанко Ю.О.]. — Чернівці: Колір-Друк, 2007. — 314 с.
Порівняльний аналіз крові та синовіальної рідини при різних стадіях остеоартрозу / М.О. Корж, Ф.С. Леонтьєва, О.П. Вікторов, І.В. Лисенко // Укр. ревматол. журн. — 2005. — Т. 21, № 3. — С. 45-47.
Рассеяние лазерного излучения мультифрактальными биоструктурами / О.В. Ангельский, А.Г. Ушенко, А.Д. Архелюк [та ін.] // Опт. и спектр. — 2000. — Т. 88, № 3. — С. 495-498.
Синяченко О.В. Современные аспекты анализа синовиальной жидкости / О.В. Синяченко // Укр. ревматол. журн. — 2008. — Т. 2, № 32. — С. 30-39.
Синяченко О.В. Исследование суставов / О.В. Синяченко, Г.А. Ігнатенко. — Донецьк: Донеччина, 1998. — 216 с.
Тучин В.В. Исследование биотканей методами светорассеяния / В.В. Тучин // Успехи физ. наук. — 1997. — Т. 167. — С. 517-539.
Ушенко А.Г. Лазерная диагностика биофракталов / А.Г. Ушенко // Квантовая электроника. — 1999. — Т. 29, №3. — С. 1-7.
Ушенко О.Г. Дослідження мікроструктури кісткової тканини у поляризованому лазерному світлі / О.Г. Ушенко, В.П. Пішак, О.В. Пішак // Медичні перспективи. — 2000. — Т. 5, № 4. — С. 3-7.
Ушенко О.Г. Дослідження динаміки патологічних змін дисперсії та контрасту когерентних зображень кісткової тканини / О.Г. Ушенко, О.В. Пішак, В.П. Пішак // Укр. мед. альманах. — 2000. — Т. 3, №4. — С. 170-173.
Физико-химические свойства биологических жидкостей в ревматологии / [В.Н. Казаков, О.В. Синяченко, Г.А. Игнатенко та ін.]. — Донецьк: Донеччина, 2003. — 279 с.
Шевчук С.В. Ефективність місцевого застосування метиленового синього та унітіолу в лікуванні хворих на ревматоїдний артрит із синовітом колінного суглоба / С.В. Шевчук // Укр. ревматол. журн. — 2002. — Т. 9, № 3. — С. 41-44.
Шишкин В.И. Зависимый от рН механизм трансформации энергии в клетках синовиальной жидкости при остеоартрозе коленного сустава и нормализующее влияние на него хондроитинсульфата // В.И. Шишкин, Г.В. Кудрявцева, А.Б. Рябков // Тер. арх. — 2005. — Т. 77, № 10. — С. 79-82.
Apostol A. First- and second-order statistics of optical near fields / Adela Apostol, Aristide Dogariu // Opt. Lett. — 2004. — Vol. 29. — P. 235-237.
Angelsky O.V. Complex degree of mutual polarization of biological tissue coherent images for the diagnostics of their physiological state / Oleg V. Angelsky, Alexander G. Ushenko, Yevheniya G. Ushenko // J. Biomed Opt. — 2005. — Vol. 10, № 6. — P. 65.
Angelsky O.V. Investigation of the correlation structure of biological tissue polarization images during the diagnostics of their oncological changes / O.V. Angelsky, A.G. Ushenko, Ye.G. Ushenko // Phys. Med. Biol. — 2005. — Vol. 50. — P. 4811-4822.
A Monte Carlo model of light propagation in tissue / S.A. Prahl, M. Keijzer, L. Jacques, A.J. Welch // Proceedings of Dosimetry of Laser Radiation in Medicine and Biology. — 1989. — Vol. 5. — P. 102-111.
Baleine E.. Variable-coherence tomography for inverse scattering problems / Erwan Baleine and Aristide Dogariu // J. Opt. Soc. Am. A. — 2004. — Vol. 21, № 10. — P. 1917-1923.
Berry M.V. Umbilic points on Gaussian random surfaces / M.V. Be- rry, J.H. Hannay // J. Phys. A: Math. Gen. — 1977. — Vol. 10. — P. 1809-1821.
Bejia I. Search for crystals in synovial fluid / I. Bejia, M. Touzi, N. Bergaoui // Tunis Med., 2006. — Vol. 84, № 2. — P. 69-73.
Cheong W.-F. A Review of the Optical Properties of Biological Tissues / W.-F. Cheong, S.A. Prahl, A.J. Welch // J. of Quan. Elec. — 1990. — Vol. 26. — P. 166-2185.
Claudia Mujat. Statistics of partially coherent beams: a numerical analysis / Mujat Claudia, Aristide Dogariu // J. Opt. Soc. Am. A. — 2004. — Vol. 21, № 6. — P. 1000-1003.
Chou C.T. Failure to identify salmonella bacteria DNA by polymerase chain reaction in peripheral blood and synovial fluid cells in chinese patients with rheumatoid arthritis and ankylosing spondylitis / C.T. Chou, C.Y. Tsai, A.P. Huo // J. Clin. Rheumatol. — 2004. — Vol. 10, № 5. — P. 285-286.
Cowin S.C. How is a tissue built? / S.C. Cowin // J. Biomed. Eng. — 2000. — Vol. 122. — P. 553-568.
Correlation between different components of synovial fluid and pathogenesis of rheumatic diseases / C. Ciurtin, V.M. Cojocaru, I.M. Miron [et al.] // Rom. J. Intern. Med. — 2006. — Vol. 44, № 2. — P. 171-181.