+7(499)450-88-89
пн-вс 8:00 – 20:00
+7(499) 450-49-89
Ученые Сеченовского Университета разработали алгоритм оценки толщины хряща с помощью спектроскопии
21.10.2024
Новый подход к анализу состояния хрящевой ткани с помощью оптических методов предложили специалисты лаборатории клинической биофотоники Сеченовского Университета. Методика позволит диагностировать остеоартрит на более ранних стадиях, тем самым повышая шансы вовремя остановить разрушение хряща. Работа велась в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030», исследование опубликовано в журнале Journal of Physics D: Applied Physics.
Остеоартрит — хроническое заболевание, с которым ежегодно сталкиваются миллионы людей, особенно старше 50 лет. Чаще всего он поражает коленный сустав. Вылечить остеоартрит нельзя, но можно замедлить разрушение хрящевой ткани, и чем раньше заболевание получится диагностировать, тем лучше будет результат терапии. Но используемые сегодня методы оценки состояния хрящевой ткани несовершенны: МРТ не позволяет получить достаточно информации, особенно на ранних стадиях, а при артроскопии врач полагается в первую очередь на собственный опыт, а не на объективные данные.
Ранее специалисты лаборатории клинической биофотоники разработали зонд для оценки состояния хрящевой ткани с помощью спектроскопии диффузного отражения во время артроскопии. В новом исследовании было предложено расширить диапазон регистрации, что потребовало использования одновременно двух спектрометров, а также модификации оптоволоконного зонда для измерений. Данная модификация позволила бы с использованием моделей машинного обучения по оптическим свойствам ткани определять толщину и концентрацию воды в хряще.
Спектроскопия диффузного отражения — метод, позволяющий анализировать спектральные характеристики непрозрачных твердых образцов. Данный подход использует галогенную лампу с широким спектром излучения и основан на том, что отраженный от ткани свет отражается не только от поверхности, но также претерпевает поглощение и отражение внутрь образца, позволяя таким образом наблюдать оптические свойства ткани в регистрируемых спектрах диффузного отражения.
В случае оценки состояния хряща важно измерить его толщину и содержание воды в тканях: изменения обоих параметров связаны с прогрессированием остеоартрита. В проведенном исследовании с помощью моделирования Монте-Карло были по заданным оптическим свойствам среды численно рассчитаны спектры диффузного отражения образца хряща и кости коленного сустава.
Проанализировав взаимосвязь между изменениями параметров хряща и рассчитанными спектрами диффузного отражения, ученые с помощью методов машинного обучения разработали алгоритм оценки толщины и концентрации воды в хряще. Также полученные данные позволили определить оптимальное расстояние между волокнами зонда от источника излучения и двумя детекторами, позволяющими регистрировать спектры диффузного отражения в расширенном диапазоне.
«Целью работы было найти ответы на два вопроса. Первый — какой должна быть конфигурация зонда для получения наиболее точных результатов; второй — в каком диапазоне длин волн необходимо проводить измерения. Так, измерения только в длинноволновом диапазоне от 1000 до 2000 нанометров позволяют получить данные о концентрации воды в тканях. Если же производить одновременно измерения в диапазонах 750–1000 и 1000–2000 нанометров, это позволяет дополнительно оценить толщину хряща», — пояснила младший научный сотрудник лаборатории клинической биофотоники Института регенеративной медицины Наталия Ровнягина.
Исследователи рассчитывают, что новые клинические методики, основанные на полученных данных, помогут врачам фиксировать самые ранние изменения в хрящевой ткани и принимать необходимые меры.
Наши больницы
