Использование NIR-спектроскопии для оценки лечения остеоартроза

Область остеоартрита в медицине все больше изучается и поддается поиску новых методов лечения. В частности, глубокие исследования проводятся в отношении использования спектроскопии в виде ближнего инфракрасного отражения - NIR.

Данный метод применим для характеристики структуры костной ткани, а также позволяет достигнуть весомого прогресса в отношении общепринятых стандартов для оказания помощи при проведении артроскопических операций.

Спектроскопия и остеоартроз

Существует несколько вариантов применения спектроскопии, в частности и в области биомедицинских исследований. NIR-спектроскопия хороша в:

• неинвазивном мониторинге;
• идентификации белка;
• проведении качественного анализа крови.

Ближний инфракрасный диапазон обеспечивает точные измерения спектров с отражением высшего качества и минимальным рассеиванием. При этом, поглощение остается в плоскости между 650 нм и 1900 нм. Такие характеристики делают его крайне важным инструментом в медицине.

Оборудование для медицинского применения в NIR-спектроскопии

Инновационная компания Avantes разработала целую линейку приборов идеальной чувствительностью и разрешением для медицинского применения в NIR-спектроскопии. Электроника этого бренда обладает высокоскоростной связью для оперативной передачи данных, обеспечивает минимальный шумовой фон. Данные приборы незаменимы для качественого анализа костной ткани и предупреждения остеоартрита в будущем.

Приборы NIR семейства Avantes разработали идеальное сочетание чувствительности и разрешения для медицинских применений с NIR-спектроскопией.

Их электроника EVO следующего поколения обеспечивает меньший шум, а при работе in vivo предоставляет самые современные возможности высокоскоростной связи для быстрой передачи данных. Данные приборы нашли свое применение в лечении остеоартрита и несут в себе большой потенциал для разработки новых методов лечения такого заболевания.

Что такое остеоартрит?

Остеоартрит относится к наиболее распространенным дегенеративным состояниям позвоночника. Он характеризуется потерей соединительной ткани в составе хряща и вокруг него, что приводит к дискомфорту, потери подвижности сустава и болевым ощущениям выраженной интенсивности.

Наиболее часто, такая болезнь встречается в пожилом возрасте, но нередко возникает вследствие травматического повреждения сустава, уменьшением хряща в суставах и вокруг них, что приводит к боли и потере подвижности.

Возраст является наиболее распространенной причиной появления остеоартрита, но травматическое повреждение сустава также может вызвать дегенерацию тканей у людей всех возрастов. Прогрессирование такого состояния может быть крайне замедлено, а сами симптомы, могут быть устранены с помощью медицинских препаратов. Однако, причины, которые влияют на развитие остеоартрита, невозможно устранить.

Исследования новых технологий

Недавние исследования в области лечения остеоартрита привели к выводам, что изменения в субхондральных хрящевых структурах кости, такие как утолщение субхондральной пластинки, могут быть выявлены до того, как будут выявлены в самом хряще вследствие симптоматики заболевания.

В последнее время разработки в области анализа с помощью обработки изображений и вычислительной мощности привели к повышению интереса к использованию NIR в лечении остеоартрита.

Считается, что данный метод помогает количественно оценить прогрессирование повреждения суставов и оценить лечение во время артроскопии in vivo.

Тестирование костей in vitro: оценка биомеханических свойств

В июне 2018 года Университет Восточной Финляндии опубликовал результаты в журнале Nature. Их исследование отобразило все возможности спектроскопии-NIR для характеристики свойств субхондральной кости человека. Эксперименты полагались на поиске длина волны, которая была бы способна оценить свойства кости человека в клинических условиях.

В исследовании рассматривались многочисленные значимые параметры целостности кости в образцах кости.

Основными параметрами, которые были измерены с помощью спектроскопии ближнего инфракрасного диапазона:

• толщина субхондральной костной пластинки
• минеральная плотность кости
• индекс структурной модели.

Двухканальная система Avantes в сочетании с AvaSpec-ULS2048L с высокочувствительным AvaSpec-NIR256-2.5-HSC использовалась для записи спектральных данных NIR.

Спектры были зарегистрированы в трех рядах длин волн, уже признанных по проникающей способности в живой ткани. Это называется биологическим или терапевтическим оптическим окном. Сначала окно покрывало диапазон 650-950 нм, затем 1100-1350 нм, и, наконец, исследованное биологическое окно составляло 1600-1870 нм.

Эти данные были сопоставлены с результатами микрокомпьютерной томографии тех же образцов кости с использованием метода многомерной регрессии частичной наименьших квадратов.

Длина волны проникновения света имеет значение

Полученные данные показали, что важную роль сыграло соотношение между оптическим откликом и свойствами субхондральной кости вследствие зависимого от длины волны проникновения света в остеохондральные образцы. Самая сильная корреляция и самая низкая частота ошибок по сравнению с результатами томографии была выявлена в первом окне выбора;  650-950 нм. Это представляет наибольший потенциал для адаптации к стандартам артроскопической помощи.

Разработка клинических приложений для артроскопии NIRS

Кроме того, в сентябре 2018 года дополнительные исследователи из Утрехтского университета, Нидерландов и Университета Восточной Финляндии опубликовали свои исследования в журнале Nature. Он стремился продемонстрировать надежность NIR-спектроскопии для одновременной оценки как суставного хряща, так и субхондральной кости in vivo с помощью искусственной нейронной сети (ANN).

В настоящее время нет количественных артроскопических инструментов для оценки как хряща, так и субхондральной кости. Во время артроскопических операций хирурги-ортопеды используют рентгенографическую визуализацию, субъективную оценку тяжести травмы, полагаясь на визуальный осмотр, и ощутимое зондирование металлическим крючком.

Результаты анализа частичных наименьших квадратов позволили получить модель прогнозирования, способную прогнозировать параметры целостности кости с вероятностью 95%.

Неудивительно, что измерения, выполненные в лабораторных условиях, показали меньше ошибок прогнозирования. Скорее всего, это связано с характерными сложностями достижения идеального расположения зонда при проведении артроскопии.

Кроме того, было меньше ошибок прогноза для оценки биомеханических свойств хряща по сравнению с исследованием субхондральной кости из-за глубины ткани. Тем не менее, исследователи определили, что NIR-спектроскопия способна одновременно характеризовать суставный хрящ наряду с целостностью субхондральной кости у людей, с возможностью улучшения традиционных методов артроскопии при клинической оценке дефектных суставов.

Инфракрасный свет: медицина будущего

В частности, в медицинской сфере инфракрасный свет используется для многих вещей; для мониторинга состояния здоровья, для завершения диагностического тестирования, для поддержки лечения хронических ран, а также для выявления и борьбы с раком. Каждый день происходят новые открытия, которые способствуют развитию медицинской науки.

Исследователи полагаются на надежные инструменты, чтобы обеспечить им идеальный баланс между высоким разрешением и высокой чувствительностью, что может обеспечить Avantes. Инструменты от Avantes также имеют модульную конструкцию, идеально подходящую для настройки многоканальных систем.

Компания обладает двадцатипятилетним опытом и знаниями, которые неразрывно связаны с исследователями и производителями систем разработки медицинских и фармацевтических решений.

Новости и обсуждение на форуме по теме:

• Методы диагностики и степени деформирующего остеоартроза
• Оценка патологических изменений костной ткани при коксартрозе
• МРТ: немного о спектроскопии-1

Автор материала Елена Васильева, врач общей практики специально для Spinet.ru

Также стоит почитать: