Медицинските изследователи постепенно се задълбочават в областта на остеоартрита и изследват използването на спектроскопия на близка инфрачервена рефлексия (NIR), за да характеризират костната тъкан и да постигнат напредък в стандартите за грижи за артроскопски операции.

лечението

Има няколко приложения за близка инфрачервена спектроскопия, особено в сферата на биомедицинските изследвания. Например, неинвазивно наблюдение, кръвни тестове, идентифициране на протеини и много други.

Близкият инфрачервен диапазон предлага измервания на спектрите на най-високо качество с минимално разсейване и поглъщане между 650 nm и 1900 nm, което го прави жизненоважен инструмент. Счита се за особено привлекателна за потенциалното развитие на клинични приложения поради спектралните измервания в близката инфрачервена зона, тъй като са неинвазивни и неразрушаващи.

Остеоартрит на коляното II и III стадии от Harrygouvas в гръцката Уикипедия. [CC BY-SA 3.0 или GFDL 1.3], от Wikimedia Commons

Семейството на NIR инструментите Avantes са разработили идеална комбинация от чувствителност и разделителна способност за медицински приложения с NIR спектроскопия. Технологиите от следващо поколение EVO осигуряват по-малко шум и когато работят in vivo, предлагат най-актуалните, високоскоростни възможности за комуникация за бързи данни.

Какво представлява артрозата?

Артрозата е често срещано дегенеративно състояние. Характеризира се с намаляване на хрущяла в и около ставите, което води до болка и загуба на подвижност. Смята се, че възрастта е най-честата причина за остеоартрит, но травматичното нараняване на ставите може също да причини дегенерация на ставите при хора от всички възрасти. Прогресията на състоянието може да бъде забавена и симптомите със сигурност могат да бъдат управлявани, но основните причини, които водят до развитието на това състояние, не могат да бъдат обърнати.

Костно напречно сечение от Pbroks13 [CC BY 3.0], чрез Wikimedia Commons

Последните проучвания върху остеоартроза доведоха до убеждението, че промените в субхондралната (под хрущяла) костна структура, като удебеляване на субхондралната плоча, са очевидни преди лезиите или други симптоми да станат очевидни в самия хрущял.

Настоящите стандарти, даващи препоръки за диагностика и лечение на остеоартрит, зависят от рентгенографията, за да се открие едно от двете неща. Първо, втвърдяването на субхондралния слой или второ, намаляване на ставното пространство и визуална и тактилна инспекция по време на артроскопска хирургия.

Напоследък развитието на анализа чрез изображения и изчислителна мощ доведе до повишен интерес към използването на NIR. Специално се смята, че помага да се определи количествено прогресията на увреждане на ставите и да се оцени лечението по време на артроскопии in vivo.

In vitro тестване на костите: Оценка на биомеханичните свойства

През юни 2018 г. Университетът на Източна Финландия публикува констатации в списание Nature. Тяхното проучване изследва възможността за близка инфрачервена спектроскопия за характеризиране на свойствата на човешката субхондрална кост. Изискваше дължина на вълната, способна да оцени свойствата на човешките кости в клинични условия.

„Гонартроза, медиално злоупотреба с хрущял“ от Scuba-limp [GFDL, CC-BY-SA-3.0 или CC BY-SA 2.5],
чрез Wikimedia Commons

Изследването изследва многобройни значими параметри на целостта на костите в костни проби, събрани от човешки трупове. Основните параметри са дебелината на субхондралната костна плоча, минералната плътност на костите и индексът на структурния модел, които са измерени с помощта на близка инфрачервена спектроскопия. За записване на спектралните данни на NIR е използвана двуканална система Avantes, комбинирана с AvaSpec-ULS2048L с високочувствителната AvaSpec-NIR256-2.5-HSC.

Спектрите са записани в три серии с дължина на вълната, които вече са признати за проникващи способности в живата тъкан. Това се нарича биологичен или терапевтичен оптичен прозорец. Първо, прозорецът покрива диапазона 650-950 nm, след това, от 1100-1350 nm, и накрая, изследваният биологичен прозорец е 1600-1870 nm. Тези данни са корелирани с резултатите от микрокомпютърната томография на същите костни проби, като се използва частична мултивариантна регресивна най-малка квадратура.

Констатациите показват, че е изиграна важна роля във връзката между оптичния отговор и свойствата на субхондралната кост поради проникването на светлина в остеохондралните проби, зависещо от дължината на вълната. Най-силната корелация и най-ниската честота на грешки спрямо резултатите от томографията е идентифицирана в първия оптичен прозорец; λ 650-950 nm. Това представя най-високия потенциал за адаптиране към артроскопичните стандарти на грижа.

Развитието на клинични приложения за NIRS артроскопия

Освен това през септември 2018 г. допълнителни изследователи от Университета в Утрехт, Холандия и Университета на Източна Финландия публикуваха своите изследвания в списанието на Nature. Той се опита да демонстрира надеждността на NIR спектроскопията за едновременна оценка както на ставния хрущял, така и на субхондралната кост in vivo с помощта на изкуствена невронна мрежа (ANN).

Представителни проби от кост NIR Spectra От Afara, Florea, et al. Характеризиране на свойствата на човешки субхондрални кости чрез използване на близка инфрачервена (NIR) спектроскопия, чрез Scientific Reports

Понастоящем няма количествени артроскопски инструменти за оценка на хрущяла и субхондралната кост. По време на артроскопски операции, ортопедичните хирурзи използват рентгенография, субективно оценяване на тежестта на нараняването, доверявайки се при визуална инспекция и осезаемо сондиране с метална кука, за да определят тези фактори.

Съществуват някои количествено измерими инструменти за оценка на хрущяла, но използването им е ограничено от практически проблеми. Понастоящем не съществува клиничен инструмент за оценка на морхологията на субхондралната кост.

Споменатото по-горе проучване първо събира NIR спектрални данни артроскопски от понита, използвайки Avantes AvaSpec-ULS2048XL. Това беше завършено 12 месеца след получаване на разследващи процедури за съвместен ремонт и проби бяха събрани от същите понита за ин витро спектрални измервания.

Допълнителни данни за контрол бяха събрани in vitro от проби, събрани от незасегнати понита. Тези проби също са подложени на пълен анализ на костната морфология чрез оптична кохерентна томография (OCT). Това, с подкрепата на плитка изкуствена невронна мрежа (ANN), служи като ориентир за моделиране на оценка.

Спектрите бяха събрани от поредица с широка дължина на вълната, включително видимата от 450 nm до 2500 nm в близката инфрачервена област. Изследването обаче намали дължините на вълните над 1900 nm поради високите свойства на NIR абсорбция на водата. Освен това очевидният диапазон между 450 и 750 nm показва намеса от конвенционалната артроскопска светлина и по този начин се използва само за ориентация и позициониране на сондата, но е пропуснат от моделирането.

Обхватът на дължината на вълната, който почти обхваща и трите терапевтични оптични прозореца, е между 750 и 1900 nm. Наблюдава се, че това е идеалният диапазон за оценка на биомеханичните свойства на хрущяла, включително дебелина на субхондралната костна плоча, фракция на костния обем и минерална плътност на костите.

Резултатите от анализа на частичните най-малки квадрати създадоха модел за прогнозиране, опитен в прогнозирането на параметрите на целостта на костите с 95% степен на доверие. Не е изненадващо, че измерванията, извършени in vitro, показват по-малко грешки в прогнозирането. Това най-вероятно се дължи на характерни усложнения при постигане на идеално поставяне на сонда по време на извършване на артроскопия.

Освен това имаше по-малко грешки в прогнозирането за оценка на биомеханичните свойства на хрущяла в сравнение с изследването на субхондралната кост поради дълбочината на тъканта. Независимо от това, изследователите установиха, че NIR спектроскопията е в състояние едновременно да характеризира ставния хрущял заедно с целостта на субхондралната кост при хората, с възможност за подобряване на конвенционалните техники за артроскопия при клиничната оценка на дефектните стави.

Светлина: Медицината на бъдещето

В частност в медицинската област светлината се използва за много неща; за наблюдение на здравословното състояние, за извършване на диагностични тестове, за подпомагане лечението на хронични рани и за откриване и борба с рака. Всеки ден се правят нови открития, които подобряват медицинската наука.

Изследователите разчитат на надеждни инструменти, за да им осигурят идеалния баланс между висока разделителна способност и висока чувствителност, което Avantes може да осигури. Инструментите от Avantes се отличават и с модулен дизайн, идеален за конфигуриране на многоканални системи. Компанията разполага с двадесет и пет години знания и опит, които вървят ръка за ръка с изследователи и производители на системи за проектиране на медицински и фармацевтични решения. Това, в комбинация с компоненти, които непрекъснато дават невероятни резултати.

Ресурси

  • Afara, Isaac O., et al. „Характеризиране на човешките субхондрални костни свойства с помощта на близка инфрачервена (NIR) спектроскопия.“ Научни доклади 8.1 (2018): 9733. https://www.nature.com/articles/s41598-018-27786-3.pdf
  • Sarin, Jaakko K., et al. "Артроскопската близка инфрачервена спектроскопия позволява едновременна количествена оценка на ставния хрущял и субхондралната кост in vivo." Научни доклади 8.1 (2018): 13409. https://www.nature.com/articles/s41598-018-31670-5.pdf
  • „Остеоартрит - симптоми и причини - клиника Майо“, 14 ноември 2018 г. https://www.mayoclinic.org/diseases-conditions/osteoarthritis/symptoms-causes/syc-20351925

Относно Avantes BV

Avantes е водещ иноватор в разработването и приложението на миниатюрни спектрометри. Avantes продължава да разработва и въвежда нови инструменти за оптична спектроскопия, за да отговори на нуждите на нашите клиенти.

Инструментите и аксесоарите на Avantes също са внедрени в различни OEM приложения в различни индустрии на пазарите по целия свят.

С повече от 18 години опит в оптичната спектроскопия и хиляди инструменти в тази област, Avantes има желание да помогне на нашите клиенти да намерят своите решения в Spectroscopy®.

Поддържани техники

  • UV-VIS/NIR спектроскопия
  • Контрол на процеса
  • Абсорбция/пропускливост/отражение
  • Лазерно-индуцирана пробивна спектроскопия
  • CIE цветна спектроскопия
  • Преносими спектрометри
  • Флуоресцентна спектроскопия
  • Персонализирани приложения
  • излъчване
  • Раманова спектроскопия
  • Разработка на OEM приложения

Основни продукти/услуги

Ниска цена. миниатюрни оптични спектрометри с висока разделителна способност: Системни решения и OEM инструменти за приложения от 185 nm до 2500 nm. Избор на детектор: PDA, CMOS, CCD, обратно тънък CCD и lnGaAs.

Оптични пейки с фокусно разстояние 45, SO или 75 mm; революционна нова ултра ниска бездомна светлина
оптимизиран оптичен стенд (ULS) и нов оптичен стенд с висока чувствителност.

Други функции

  • 14 и 16 битови AID преобразуватели
  • TE охлаждане
  • многоканални конфигурации на инструментите, позволяващи едновременно получаване на сигнал
  • USB2 комуникация
  • поддръжка на множество инструменти от един компютър
  • 14 програмируеми цифрови I/O порта

Стандартни решения за приложения

  • lrрадиация и LED измервания
  • гемология
  • хемометричен анализ
  • тънкослойно измерване
  • цвят
  • флуоресценция
  • лазерно-индуцирана пробивна спектроскопия (LIBS)
  • Раманова спектроскопия
  • контрол на процеса

Източници на светлина

  • Волфрам-халоген
  • Деутерий
  • LED
  • Източници за калибриране на ксенон за дължина на вълната и облъчване

Правила за спонсорирано съдържание: News-Medical.net публикува статии и свързано съдържание, които могат да бъдат получени от източници, в които имаме съществуващи търговски отношения, при условие че такова съдържание добавя стойност към основния редакционен дух на News-Medical.Net, който е да образова и информира посетителите на сайта, заинтересовани от медицински изследвания, наука, медицински изделия и лечения.

Цитати

Моля, използвайте един от следните формати, за да цитирате тази статия във вашето есе, доклад или доклад:

Avantes BV. (2020 г., 23 юни). Използване на NIR спектроскопия за оценка на лечението, необходимо за остеоартрит. Новини-Медицински. Получено на 13 декември 2020 г. от https://www.news-medical.net/whitepaper/20181207/Using-NIR-Spectroscopy-to-Evaluate-Treatment-needed-for-Osteoarthritis.aspx.

Avantes BV. „Използване на NIR спектроскопия за оценка на лечението, необходимо за остеоартрит“. Новини-Медицински. 13 декември 2020 г. .