Способ диагностики опухолей головного мозга

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для диагностики опухолей головного мозга (ОГМ). Для этого путем электронной феноменологической спектроскопии измеряют оптическую плотность плазмы крови человека в видимой и ультрафиолетовой области спектра. При этом предварительно осуществляют измерение оптической плотности плазмы крови у группы доноров с диагностированной ОГМ и группы доноров, не имеющих такого диагноза. Рассчитывают интегральную силу осцилляторов в видимой (ИСО vis) и ультрафиолетовой (ИСО uv) областях спектра для каждого донора. Проводят построение графика зависимости ИСО vis от ИСО uv для обеих групп доноров и фиксацию результирующих прямых этих зависимостей на обоих графиках. Диагностику осуществляют путем измерения расстояния показателя конкретного больного на графике зависимости ИСО vis от ИСО uv до результирующих прямых доноров с диагнозом ОГМ (d1) и доноров, не имеющих такого диагноза (d2), и при d1<d2 делают вывод о вероятности наличия ОГМ. Изобретение позволяет осуществить первичную диагностику ОГМ у пациентов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 пр.

 

Изобретение относится к медицине, а именно к медицинской диагностике.

Опухоли головного мозга (ОГМ) диагностируют клиническими, иммунологическими, лучевыми методами.

Известен способ диагностики опухолей головного мозга (патент РФ №2154830) путем исследования сыворотки больного, отличающийся тем, что ставят реакцию пассивной гемагглютинации с доброкачественным, анапластическим и глиобластомным эритроцитарными диагностикумами с полиантигенными препаратами тканей соответствующих глиальных новообразований, и при наличии положительных результатов с доброкачественным и анапластическим диагностикумом или только с доброкачественным диагностируют доброкачественные глиальные опухоли, при наличии положительных реакций со всеми диагностикумами диагностируют злокачественные опухоли - анапластические глиомы, а при наличии положительных реакций с анапластическим и глиобластомным диагностикумами - злокачественные опухоли - глиобластомы. Недостатком этого метода является его трудозатратность и дороговизна.

Также известен патент РФ №2138991, согласно которому пациенту внутривенно вводят ¹¹С-бутират натрия в количестве 250-400 МБк, и через 5-6 мин проводят 15 минутное томографическое исследование головного мозга. При наличии патологического очагового повышения накопления ¹¹С-бутирата натрия, не менее чем на 50% по сравнению с его содержанием в белом веществе, диагностируют злокачественную опухоль, а при повышении накопления не более чем на 20%, или снижении его - доброкачественное образование. Способ обеспечивает дифференциальную диагностику объемных образований головного мозга при низкой лучевой нагрузке на пациента. Данный метод является дорогостоящим, позволяет обнаружить онкопатологию на поздних стадиях и создает лучевую нагрузку на пациента.

Известен патент РФ №2249822, в котором опухоли головного мозга диагностируются путем инфракрасной спектроскопии спинномозговой жидкости с расчетом коэффициента пропускания на определенных длинах волн. Осуществляют инфракрасную спектроскопию 0,1 мл спинномозговой жидкости в течение 30 с через каждые 3 с в диапазонах длин волн 2120-1880 см^-1, 1710-1610 см^-1, 1600-1535 см^-1, 1543-1425 см^-1, 1430-1210 см^-1, определяют коэффициенты пропускания в каждом диапазоне, рассчитывают средний коэффициент пропускания и при значении среднего коэффициента пропускания от 0 до 1% диагностируют первичную опухоль головного мозга.

Недостатком данного способа являются необходимость проведения дополнительной инвазивной процедуры - люмбальной пункции. Ряд пациентов имеют противопоказания к проведению люмбальной пункции. При объемных образованиях задней черепной ямки проведение люмбальной пункции противопоказано в связи с риском вклинения головного мозга в большое затылочное отверстие.

Прототипом к предлагаемому способу послужила заявка RU №2007145587, опубл. 20.06.2009, МПК G01N 33/49 (Дезорцев Сергей Владиславович, Доломатов Михаил Юрьевич, Калашченко Николай Васильевич), в которой состояние здоровья человека оценивают путем спектроскопии плазмы крови, при этом в качестве растворителя используют дистиллированную воду, концентрацию рабочего раствора плазмы берут 2,5% объемных (1:40), снимают спектр рабочего раствора в интервале длин волн от 180 до 1080 нм с шагом 20 нм, в интервале длин волн от 240 до 800 нм вычисляют фактор интенсивности поглощения Q, фактор тонкой структуры ТС, интегральную силу осцилляторов (ИСО), эффективный потенциал ионизации (ПИ) и эффективное сродство к электрону (СЭ) по известным формулам и при Q=646,3±5,35, TC=37,46±2,1, ИСО=409,2±21,2, ПИ=8,53±0,05 и СЭ=-0,29±0,02 определяют здоровое состояние; при отклонении значений за пределы доверительных интервалов определяют патологическое состояние.

Недостатками данного способа являются:

1) Недостаточная информативность, поскольку позволяет оценить лишь общее состояние здоровья человека, а не наличие конкретного заболевания;

2) Большая трудоемкость и себестоимость проведения обследования.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение указанных недостатков, а именно создание относительно простого, надежного и информативного способа первичной диагностики ОГМ, позволяющего избежать неоправданного проведения дорогостоящего МРТ-исследования. Это позволит сократить сроки постановки диагноза при одновременном снижении себестоимости процесса диагностики.

Для решения поставленной задачи в способе диагностики опухолей головного мозга, включающем измерение путем электронной феноменологической спектроскопии оптической плотности плазмы крови человека в видимой и ультрафиолетовой области спектра, расчет интегральной силы осцилляторов в видимой (ИСО vis) и ультрафиолетовой (ИСО uv) областях спектра, в отличие от прототипа предварительно осуществляют измерение путем электронной феноменологической спектроскопии оптической плотности плазмы крови у группы доноров с диагностированной ОГМ и группы доноров, не имеющих такого диагноза, в видимой и ультрафиолетовой области спектра, расчет интегральной силы осцилляторов для каждого донора, построение графика зависимости ИСО vis от ИСО uv для обеих групп доноров и фиксацию результирующих прямых этих зависимостей на обоих графиках, а диагностику осуществляют путем измерения расстояния показателя конкретного больного на графике зависимости ИСО vis от ИСО uv до результирующих прямых доноров с диагнозом ОГМ (d1) и доноров, не имеющих такого диагноза (d2), и при d1<d2 делают вывод о вероятности наличия ОГМ.

Для решения поставленной задачи определяют уравнения результирующих прямых на графиках зависимости ИСО vis от ИСО uv, которые равны для доноров с диагностированной ОГМ y₁=3,7879x-920,26? и для доноров, не имеющих такого диагноза y₂=3,045x-613 и диагностику ведут с помощью ЭВМ.

Заявляемый способ основан на исследовании плазмы крови больных и анализе ее электронных феноменологических характеристик с помощью спектрофотометра. Установлено, что состояние здоровья человека можно оценивать по трем основным параметрам: интегральная сила осцилляторов (ИСО), эффективный потенциал ионизации и эффективное сродство к электрону в УФ (180…360 нм), видимой (360…780 нм) и ближней ИК-области спектра (780…1060 нм). (см. Интегральные квантовые параметры электронных спектров крови человека как мера информации о состоянии здоровья [Текст] / М.Ю. Доломатов [и др.] // Биомедицинская радиоэлектроника: науч.-прикладн. журн. - 2012. - N5. - С.20-26). Сила осциллятора - безразмерная величина, определяющая вероятность переходов между энергетическими уровнями в квантовых (атомных, молекулярных, ядерных) системах. Она представляет собой отношение энергии излучателя к энергии гармонического осциллятора того же масштаба. В заявляемом изобретении предложен способ диагностики конкретного заболевания с использованием феноменологической спектроскопии и экспериментально установленных зависимостей. При анализе патентной и научно-технической литературы не выявлено аналогичных решений, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна». Вместе с тем данное решение не является очевидным для специалиста в области медицинской диагностики, а зависимости ИСО в видимой и ультрафиолетовой зонах спектра для доноров с ОГМ и условно здоровых доноров найдены впервые на основе экспериментов.

Предлагаемый способ оценки осуществляется следующим образом.

В начале эксперимента были набраны две группы доноров по 50 человек - Первая - с диагнозом ОГМ и вторая - не имеющих такого диагноза (условно здоровая).

У всех доноров произведен забор крови. Кровь для исследования (венозную) брали в утренние часы в центре переливания крови РКБ им. Г.Г. Куватова (г.Уфа). Отбор доноров проводился с привлечением специалистов отделения переливания крови. При проведении исследований пол, возраст и группа крови доноров не учитывались.

1. Отбор крови.

Для исследований отбирается венозная кровь в соответствии с общепринятыми правилами. Забор крови не менее 10 мл. Для получения плазмы крови добавляют консервант глюгицир (1 мл на 5 мл крови). Требования к посуде, хранению и транспортировке проб стандартные.

2. Приготовление рабочих растворов плазмы.

1) Для приготовления рабочих растворов используется плазма, полученная из исходной крови больного.

2) Пробирку с исходным материалом (цельная кровь + глюгицир) подвергают центрифугированию в течение 5 мин или продолжительному отстаиванию (не менее 3-4 ч). Стерильной пипеткой плазму в количестве 1 мл выбирают из исходной пробирки и помещают в другую пробирку, где готовится рабочий раствор.

3) Рабочий раствор готовится в объеме 10 мл путем последовательных разведений. В качестве растворителя используется дистиллированная вода. Концентрацию исходной плазмы принимаем за 1,0.

4) Рабочая концентрация раствора - 0,025 (объемная доля) от концентрации исходного объекта или 1:40. Исходная плазма разбавляется сначала в соотношении 1:3, затем из этого раствора отбирается 1 мл, к которому добавляется 9 мл дистиллированной воды.

После каждого разбавления раствор тщательно перемешивается до получения однородной системы; интенсивное взбалтывание не допускается, т.к. при этом образуется пена, что ведет к значительным ошибкам эксперимента.

3. Регистрация спектров.

Приготовленный рабочий раствор анализируют на электронном спектрофотометре. Используют стандартные кюветы из кварцевого стекла с толщиной рабочего слоя 1,0 см. Измерения оптической плотности производят в интервале длин волн видимой части спектра от 180 нм до 1080 нм с шагом 20 нм.

Последовательность действий при работе с прибором определена в инструкции по эксплуатации спектрофотометра.

4. Обработка спектров.

1. Определяют коэффициент поглощения света рабочим раствором по известной формуле:

$$k=\frac{1}{cL}D$$ ,

где k - коэффициент поглощения, л/(г··см);

c - концентрация поглощающего вещества; г/л;

L - толщина кюветы, см;

D - оптическая плотность безразмерная величина.

1. Определяют спектральные коэффициенты пропускания τ(λ):

$$\lg \left(\frac{1}{\tau (\lambda )}\right)=k(\lambda )cl=D,\text{ (4)}$$

где τ(λ) - коэффициент пропускания, безразмерная величина;

l - толщина поглощающего слоя раствора, см;

k(λ) - коэффициент поглощения, л/(г*см);

c - концентрация раствора вещества, г/л;

D - оптическая плотность, безразмерная величина;

D=k(λ)cl,

lg(τ(λ))=-k(λ)cl,

τ(λ)=10^-k(λ)cl.

В нашем случае толщина поглощающего слоя раствора равна 1 см, соответственно получим:

τ(λ)=10^-k(λ)c.

Вместо характеристических частот в феноменологической спектроскопии используется интегральная сила осцилляторов (ИСО), которая рассчитывается следующим образом:

$$\theta ={\displaystyle \underset{{\lambda }_0}{\overset{{\lambda }_n}{\int }}\begin{array}{l}\lg k_{\lambda }d\lambda \approx \frac{{\lambda }_n-{\lambda }_0}{n}\left[\frac{\lg k_0+\lg k_n}{2}+\lg k_1+\lg k_2+\mathrm{...}+\lg k_{n-1}\right]+\frac{{\lambda }_n-{\lambda }_1}{n}\lg \mu \\ \text{ (2)}\end{array}}$$

где θ - интегральная сила осцилляторов (ИСО) нм·л/(моль·м);

k_λ - молярный коэффициент поглощения при определенных длинах волн, л/(моль·см);

n - число исследуемых точек спектра в области поглощения излучения; λ0,

λn - границы спектра, нм; µ - средняя молекулярная масса системы;

Использован эффект квантовой корреляции электронных уровней.

Экспериментальным и расчетным путем получены показатели ИСО в видимой (380-780 нм) и ультрафиолетовой (180-380 нм) области спектра для обеих групп доноров.

Построен график зависимости 1 ИСО (UV) от ИСО (vis) для группы условно здоровых доноров:

Результирующая прямая, в данном случае, выражается уравнением

y₁=3,045x-613.

Также построен график зависимости 2 ИСО (UV) от ИСО (vis) для доноров с диагностированной ОГМ.

Результирующая прямая, в данном случае, выражается уравнением

y₂=3,7879x-920,26.

Для правильной постановки диагноза конкретного больного практическому врачу достаточно определить оптическую плотность раствора плазмы его крови, рассчитать ИСО в видимой и ультрафиолетовой области спектра по вышеописанным формулам. Отметить положение точки в координатах ИСО vis (ось y), ИСО UV - (оси x). Далее, используя полученные выше графики, необходимо измерить расстояние точки, соответствующей показателям конкретного больного до прямой доноров с ОГМ (d1) и условно здоровых доноров (d2).

Если d1<d2, то у исследуемого больного можно заподозрить опухоль головного мозга.

Для сокращения времени постановки диагноза и повышения его точности, обработку данных можно вести с помощью ЭВМ, имея в виду, что расстояние от точки, соответствующей показателям конкретного больного до результирующих прямых можно рассчитать по формуле:

$$d=\frac{\left|A\cdot Mx+B\cdot My+C\right|}{\sqrt{A^2+B^2}}$$

где Ax+By+C=0 - это уравнение прямой, M(Mx, My) - координаты точки на плоскости.

d1 - расстояние от точки до прямой зависимости ИСО (UV) от ИСО (vis) плазмы крови доноров с ОГМ

d2 - расстояние от точки до прямой зависимости ИСО (UV) от ИСО (vis) плазмы крови условно здоровых доноров.

Примеры

Пример 1. Пациентка Л., 56 лет, обратилась в поликлинику с жалобами на головную боль, снижение зрения на правый глаз.

Проведена электронная феноменологическая спектроскопия плазмы крови больной, рассчитана ИСО (UV) - 333,61, ИСО (vis) - 326,85. Рассчитано расстояние от точки до прямой, характерной для плазмы крови больных с опухолями головного мозга, а также для прямой, характерной для здорового человека, d1=23,71, d2=4,23. d1>d2, следовательно, точка ближе к прямой, характерной для плазмы крови больных с опухолями головного мозга.

Выставлен предварительный диагноз опухоль головного мозга, пациентка направлена на МРТ головного мозга - выявлено объемное образование хиазмально-селлярной области. Произведена операция - бифронтальная краниотомия с удалением опухоли, отправлена на гистологическое исследование - менинготелиоматозная менингиома.

Пример 2. Пациент С., 36 лет, обратился с жалобами на головные боли, слабость в правой руке. Обратился в поликлинику по месту жительства, лечился по поводу остеохондроза шейного отдела позвоночника. Эффект от лечения минимальный. Направлен в клинику, где проведена электронная феноменологическая спектроскопия плазмы крови, рассчитана ИСО (UV) - 313,81, ИСО (vis) - 257,18. Рассчитано расстояние от точки до прямой. d1=26,63, d2=2,86. d1>d2, следовательно, точка ближе к прямой, характерной для плазмы крови больных с опухолями головного мозга.

При проведении МРТ головного мозга выявлено объемное образование в левой лобно-теменной области. Проведено оперативное лечение - костно-пластическая трепанация черепа с удалением опухоли. Гистологически-пилоидная астроцитома.

Пример 3. Пациентка А., 52 лет, обратилась с жалобами на снижение слуха, головокружение, шум в ушах, головную боль. Обратилась в поликлинику по месту жительства, направлена на МРТ головного мозга для исключения объемного образования головного мозга. В клинике проведена электронная феноменологическая спектроскопия плазмы крови, рассчитана ИСО (UV) - 279,14, ИСО (vis) - 255,55. Рассчитано расстояние от точки до прямой. d1=5,79, d2=30,24. d1<d2, следовательно, точка ближе к прямой, характерной для плазмы крови донора.

При проведении МРТ-ангиографии выявлено сужение позвоночной артерии справа, снижение кровотока в вертебробазиллярном бассейне,

Приведенные примеры подтверждают достоверность и информативность заявляемого способа. Вместе с тем, данный способ не исключает проведение традиционных диагностических мероприятий, например МРТ-ангиографии в клинически обоснованных случаях, при выборе тактики дальнейшего лечения, уточнении размеров и локализации опухоли и т.д. Однако он позволяет выявить больных, которые заведомо не нуждаются в таких обследованиях, хотя имеют схожие жалобы. Это позволяет разгрузить диагностическое оборудование, уменьшить очереди и в целом сократить затраты времени и средств на диагностику.

1. Способ диагностики опухолей головного мозга, включающий измерение путем электронной феноменологической спектроскопии оптической плотности плазмы крови человека в видимой и ультрафиолетовой области спектра, расчет интегральной силы осцилляторов в видимой (ИСО vis) и ультрафиолетовой (ИСО uv) областях спектра, отличающийся тем, что предварительно осуществляют измерение путем электронной феноменологической спектроскопии оптической плотности плазмы крови у группы доноров с диагностированной ОГМ и группы доноров, не имеющих такого диагноза, в видимой и ультрафиолетовой области спектра, производят расчет интегральной силы осцилляторов для каждого донора, построение графика зависимости ИСО vis от ИСО uv для обеих групп доноров и фиксацию результирующих прямых этих зависимостей на обоих графиках, а диагностику осуществляют путем измерения расстояния показателя конкретного больного на графике зависимости ИСО vis от ИСО uv до результирующих прямых доноров с диагнозом ОГМ (d1)и доноров, не имеющих такого диагноза (d2), и при d1<d2 делают вывод о вероятности наличия ОГМ.

2. Способ по п.1 отличающийся тем, что определяют уравнения результирующих прямых на графиках зависимости ИСО vis от ИСО UV для доноров с диагностированной ОГМ у₁=3,7879x-920,26 и для доноров, не имеющих такого диагноза у₂=3,045х-613, и диагностику ведут с помощью ЭВМ.