СПОСОБ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ РАННИХ СТАДИЙ ДИАБЕТИЧЕСКОЙ РЕТИНОПАТИИ Российский патент 2006 года по МПК A61B3/12 A61B3/14 G01N33/86 

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для дифференциальной диагностики ранних стадий диабетической ретинопатии (ДР).

Одним из наиболее чистые и прогностически неблагоприятных проявлений сахарного диабета (СД) остается ДР, приводящая к значительному снижению зрения, слепоте и инвалидности. В связи с тем что эффективность лечения ДР значительно снижается по мере ее прогрессирования, проведение диагностических и лечебно-профилактических мероприятий целесообразно начинать с самых ранних стадий ее развития.

Дифференцированный диагностический и лечебно-профилактический подход позволит не только выявлять доклинические стадии ДР, но и обеспечить своевременность проведения дифференцированных патогенетически направленных лечебно-профилактических мероприятий и повысить их эффективность.

Наиболее эффективным способом ранней доклинической диагностики диабетической ретинопатии в настоящее время является способ, основанный на определении наличие в слезной жидкости больных сахарным диабетом антител к S-антигену сетчатки (Дудникова Л.К., Зайцева Н.С., Смирнова Н.Б., Слепова О.С., Зуева М.В. Критерий диагностики диабетической ретинопатии. - Офтальмохирургия. - №2. - 1994. - С.25-28).

Однако данный способ не получил широкого распространения, не позволяет выявлять наличие патологических изменений сосудов глазного дна, характерных для сахарного диабета, и проводить дифференциальную диагностику ранних стадий.

Задачей изобретения является создание метода диагностики ранних стадий ДР и их дифференциальной диагностики.

Для решения поставленной задачи были разработаны три варианта изобретения.

Техническим результатом, достигаемым при использовании всех вариантов изобретения, является выявление ранних стадий ДР и их дифференциальная диагностика за счет цифрового объективного анализа состояния сосудов глазного дна и определения содержания в крови эндотелиальных факторов.

Технический результат по первому варианту достигается тем, что в способе диагностики ранней стадии ДР по цифровым изображениям глазного дна производят расчет неравномерности толщины артериол, определяемой как неравномерность толщины сосуда на измеряемом участке, измеряемой в процентах; амплитуды колебаний толщины, характеризующей степень отклонения хода стенок сосуда от прямой линии, измеряемой в пикселях, и частоты колебаний толщины артериол, характеризующей количество изменений направлений стенки сосуда за единицу его длины, измеряемой в обратных пикселях; исследование эндотелиальных факторов в сыворотке крови - оксида азота, измеряемого в моль/л, и поверхностной адгезивной молекулы (sVCAM), измеряемой в нг/мл, и если артериолы 2 порядка имеют неравномерность толщины > 7,2; амплитуду колебаний толщины > 1,6; частоту колебаний толщины > 0,06; а содержание в крови оксида азота > 14,7 и sVCAM > 1342, то диагностируют функциональную стадию ДР.

Технический результат по второму варианту достигается тем, что по цифровым изображениям глазного дна производят расчет среднего диаметра сосудов в пикселях; неравномерности толщины артериол, измеряемой в процентах; амплитуды колебаний толщины, измеряемой в пикселях, и частоты колебаний толщины артериол, измеряемой в обратных пикселях; амплитуды колебаний трассы венул, определяющей степень отклонения хода трассы от прямолинейного, измеряемой в пикселях; частоты колебаний трассы венул, определяющей количество изменений направлений трассы за единицу длины сосуда, измеряемой в обратных пикселях, и исследование эндотелиальных факторов в сыворотке крови - эндотелина, измеряемого в фмоль/л; оксида азота, измеряемого в моль/л; поверхностной адгезивной молекулы (sYCAM), измеряемой в нг/мл, и фактора Виллебранда, измеряемого в %, и если артериолы 1 порядка имеют средний диаметр < 9,6; неравномерность толщины > 7,6; амплитуду колебаний толщины > 2,9; частоту колебаний толщины > 0,09; венулы 1 порядка имеют средний диаметр > 17,4; амплитуду колебаний трассы > 21,3; частоту колебаний трассы > 0,028; а содержание в крови sVCAM > 1720, фактора Виллебранда > 180, оксида азота > 16,6 и эндотелина > 0,73, то диагностируют субклиническую стадию ДР.

Технический результат по третьему варианту достигается тем, что по цифровым изображениям глазного дна производят расчет среднего диаметра сосудов в пикселях; неравномерности толщины артериол, измеряемой в процентах: амплитуды колебаний толщины, измеряемой в пикселях, и частоты колебаний толщины артериол, измеряемой в обратных пикселях; амплитуды колебаний трассы, измеряемой в пикселях, и частоты колебаний трассы венул, измеряемой в обратных пикселях; исследование эндотелиальных факторов в сыворотке крови - эндотелина, измеряемого в фмоль/л, оксида азота, измеряемого в моль/л, поверхностной адгезивной молекулы (sVCAM), измеряемой в нг/мл; фактора Виллебранда, измеряемого в %, и тканевого активатора плазминогена (t-PA), измеряемого в нг/мл, и если артериолы 1 порядка имеют средний диаметр < 9,1; неравномерность толщины > 7,0; амплитуду колебаний толщины > 2,4; частоту колебаний толщины > 0,07; венулы 1 порядка имеют средний диаметр > 22,4; амплитуду колебаний трассы > 31; частоту колебаний трассы > 0,028; а содержание в крови эндотелина > 0,73; sVCAM > 1775; фактора Виллебранда > 230; оксида азота < 6,9 и t-PA < 1,75, то диагностируют манифестную стадию ДР.

Каждый из вариантов изобретения позволяет произвести точную и достоверную диагностику различных ранних стадий ДР.

Диагностические сосудистые параметры разработаны на основе математической модели фрагмента сосуда (чертеж), которая определяется следующими функциями: x(t), y(t) - дифференцируемые функции, описывающие линию центров - трасса; r(t) - функция толщины ветви - расстояние от трассы до границы ветви, отсчитываемое по перпендикуляру к трассе; t - расстояние от начала трассы, измеренное по трассе; L_v - длина трассы. Данные характеристики определяют функцию направления трассы в каждой точке ϕ(t); функцию локальной высоты f(t), определяемую расстоянием от текущей точки трассы до ее проекции на отрезок L, и конфигурацию стенок сосуда. Данные признаки являются локальными характеристиками, рассчитываемыми непосредственно по изображению сосудистой системы в процессе трассировки (алгоритм отслеживания движения русла). На основе дальнейшего анализа полученной последовательности локальных параметров, накапливаемых на каждом шаге трассировки сосуда, производится оценка глобальных характеристик, используемых как диагностические:

1. Средний диаметр сосуда на выделенном фрагменте, измеряется в пикселях, вычисляется по формуле:

2. Неравномерность толщины определяется как отношение среднеквадратичного отклонения радиуса сосуда к его среднему значению, измеряется в процентах, определяется по формуле:

где - средний радиус сосуда, - средний квадрат радиуса.

3. Амплитуда колебаний толщины сосуда характеризует отклонения стенок сосуда от прямой линии, измеряется в пикселях и определяется по формуле:

где - средний радиус сосуда, - средний квадрат радиуса.

4. Частота колебаний толщины сосуда характеризует изменение направления стенок сосуда на единицу его длины, измеряется в обратных пикселях и определяется по формуле:

где m'- номер наибольшего из двух значений Фурье спектра, соседних с максимальным отсчетом, arg - аргумент вещественной функции f(x): argf(x)=x, r(t) - функция толщины сосуда, R(m) - модуль спектральной дискретной последовательности локальных радиусов сосуда, N - количество отсчетов исходной последовательности.

5. Амплитуда колебаний трассы характеризует степень отклонения хода трассы от прямолинейного, измеряется в пикселях и определяется по формуле:

где - средняя высота сосуда:

где f(t) - функция высоты сосуда, I₁ - извилистость трассы.

6. Частота колебаний трассы характеризует число изменений направления трассы на единицу длины сосуда, измеряется в обратных пикселях и определяется по формуле:

Указанные диагностические критерии отмечены в диссертации к.т.н. Ильясовой Н.Ю. "Методы и алгоритмы оценивания геометрических параметров диагностических изображений" 1997. - Самара. - С.65-92.

Способ осуществляется проведением цифрового анализа состояния сосудов глазного дна и анализа функционального состояния эндотелия.

Методика проведения цифрового анализа состояния сосудов глазного дна.

С помощью ретинофота и адаптированной к нему цифровой фотокамеры получается цифровое изображение глазного дна, производится его ввод в компьютерную систему, предварительная обработка и расчет диагностических признаков с помощью специальной компьютерной программы следующим образом: сосуды разбиваются на группы, на увеличенном фрагменте изображения глазного дна с исследуемым сосудом производится трассировка сосуда - отмечаются начальная, конечная и промежуточные (при необходимости) точки измеряемого участка в порядке их прохождения. Степень достоверности трассировки должна приближаться к 100%. В процессе трассировки формируется совокупность локальных характеристик сосуда. На основе дальнейшего анализа полученной последовательности локальных параметров, накапливаемых на каждом шаге трассировки, производится оценка диагностических параметров сосудистой системы: средний диаметр в пикселях, неравномерность толщины в %, амплитуда колебаний толщины в пикселях, частота колебаний толщины в обратных пикселях, амплитуда колебаний трассы в пикселях, частота колебаний трассы в обратных пикселях.

Для оценки функционального состояния эндотелия проводится определение уровня эндотелиальных факторов - эндотелина, оксида азота, фактора Виллебранда, тканевого активатора плазминогена (t-PA), поверхностной адгезивной молекулы (sVCAM) в сыворотке или плазме крови с помощью стандартных наборов.

Для изучения особенностей формирования сосудистых нарушений проведен цифровой анализ сосудов глазного дна и исследование функционального состояния эндотелия сосудистой стенки у 98 пациентов с ДР.

В соответствии с классификацией Л.К.Дудниковой (Ранние стадии диабетической ретинопатии: Автореф. дис.... канд. мед. наук. - М., 1982) на основании результатов офтальмоскопии, ФАГ и электрофизиологических методов исследования пациенты были разделены на 3 группы.

Первую группу составили пациенты с функциональной стадией ДР - наличие незначительных электрофизиологических изменений и увеличения продолжительности венозной фазы ФАГ. Во вторую группу вошли пациенты с субклинической стадией, у которых по результатам ФАГ было выявлено наличие участков облитерации микрососудов и микроаневризм, по данным ЭРГ отмечалось умеренное нарушение функциональной активности наружных слоев сетчатки. Пациенты с манифестной стадией диабетической ретинопатии составили третью группу, которая характеризовалась умеренным нарушением функций сетчатки и наличием офтальмоскопически видимых микроаневризм, точечного экссудата и единичных геморрагий.

По результатам цифрового анализа сосудов глазного дна в группе пациентов с функциональной стадией ДР было выявлено увеличение показателей артериол 2 порядка - неравномерность толщины составляла > 7,1%, амплитуда колебаний толщины > 1,6 пикселей, частота колебаний толщины > 0,06 обратных пикселей. Анализ результатов исследования эндотелиальных факторов у пациентов с функциональной стадией показал наличие увеличения активности эндотелия. Содержание в крови оксида составляло > 14,7 ммоль/л, sVCAM > 1342 нг/мл.

В субклинической стадии выявлено наличие более выраженной деформации сосудистой стенки артериол, происходящей на фоне уменьшения их диаметра, и изменение венул. Средний диаметр артериол составлял < 9,6 пикселей, неравномерность толщины > 7,6%, амплитуда колебаний толщины > 2,9 пикселей, частота колебаний толщины > 0,09 обратных пикселей. Средний диаметр венул составлял > 17,4 пикселей, амплитуда колебаний трассы > 21,3 пикселей, частота колебаний трассы > 0,028 обратных пикселей. У пациентов с субклинической стадией ДР увеличивается активность эндотелия. Выявлено увеличение содержания sVCAM > 1720 нг/мл, фактора Виллебранда > 180%, оксида азота > 16,6 ммоль/л и эндотелина > 0,73 фмоль/л.

В манифестной стадии выявлено дальнейшее уменьшение среднего диаметра артериол и уменьшение по сравнению с субклинической стадией других сосудистых показателей артериол, дальнейшее увеличение показателей венул. Средний диаметр артериол составлял < 9,1 пикселей, неравномерность толщины > 7,0%, амплитуда колебаний толщины > 2,4 пикселей, частота колебаний толщины > 0,07 обратных пикселей. Средний диаметр венул составлял - 22,4 пикселей, амплитуда колебаний трассы > 31 пикселей, частота колебаний трассы > 0,028 пикселей. В манифестной стадии развивается эндотелиальная дисфункция, отмечается снижение уровня t-PA < 1,75 нг/мл и оксида азота < 6,9 ммоль/л на фоне дальнейшего повышения содержания эндотелина > 0,73 фмоль/л, sVCAM > 1775 нг/мл и фактора Виллебранда > 230%.

Выявленные сосудистые структурно-функциональные особенности ранних стадий ДР использованы нами в дальнейшем в качестве критериев при разработке нового метода диагностики, включающего цифровой анализ сосудов глазного дна и исследование эндотелиальных факторов.

Для определения диагностической ценности указанного метода нами проведено обследование 30 пациентов с СД без офтальмоскопических изменений на глазном дне. На основании проведения цифрового анализа сосудов глазного дна и исследования эндотелиальных факторов функциональная, субклиническая и манифестная стадии были выявлены соответственно у шести, пяти и шести пациентов соответственно. Для подтверждения полученных результатов исследования всем пациентам были проведены ангиографическое и электрофизиологическое исследования.

У всех пациентов был подтвержден диагноз.

Клинический пример 1. Пациент Г., 23 года (Вариант 1)

Инсулинзависимый сахарный диабет 3 года.

Пациенту был произведен цифровой анализ состояния сосудов глазного дна.

Получены следующие результаты - артериолы 2 порядка: неравномерность толщины составляла 7,23%, амплитуда колебаний толщины - 1,6 пикселей, частоты колебаний толщины - 0,06 обратных пикселей.

Проведено исследование эндотелиальных факторов и получены следующие результаты - содержание в крови оксида азота составляло 15,1 ммоль/л, поверхностной адгезивной молекулы - 1358 нг/мл.

На основании полученных данных была диагностирована функциональная стадия ДР. Для подтверждения диагноза были проведены флюоресцентная ангиография, которая показала увеличение продолжительности венозной фазы, и электроретинография, которая свидетельствовала о наличии незначительных нарушения функциональной активности наружных слоев сетчатки у пациента. Диагноз - функциональная стадия ДР - был подтвержден.

Клинический пример 2. Пациент Б., 25 лет (Вариант 2).

Инсулинзависимый сахарный диабет 2 года.

Пациенту был произведен цифровой анализ состояния сосудов глазного дна.

Получены следующие результаты - артериолы 1 порядка: диаметр - 9,8 пикселей, неравномерность толщины - 7,7%, амплитуда колебаний толщины - 2,9 пикселей, частота колебаний толщины - 0,09 обратных пикселей. Венулы 1 порядка: диаметр 17,7 пикселей, амплитуда колебаний трассы - 23 пикселей, частота колебаний трассы - 0,028 пикселей.

Исследование эндотелиальных факторов - содержание в крови оксида азота - 16,6 ммоль/л, sVCAM - 1780 нг/мл, фактора Виллебранда - 185,6%, эндотелина - 0,67 фмоль/л

На основании полученных данных была диагностирована субклиническая стадия ДР. Для подтверждения диагноза были проведены флюоресцентная ангиография, которая показала наличие увеличения продолжительности венозной фазы, участков облитерации микрососудов, микроаневризм, и электроретинография, которая свидетельствовала о наличии умеренного нарушения функциональной активности наружных слоев сетчатки у пациента. Диагноз - субклиническая стадия ДР - был подтвержден.

Клинический пример 3. Пациент У. (Вариант 3.).

Инсулинзависимый сахарный диабет 5 лет, 24 года.

Пациенту был произведен цифровой анализ состояния сосудов глазного дна.

Получены следующие результаты - артериолы 1 порядка: диаметр - 9,1 пикселей, неравномерность - 7,0%, амплитуда колебаний толщины - 2,3 пикселей, частота колебаний толщины - 0,07 обратных пикселей. Венулы 1 порядка: диаметр 22,6 пикселей, амплитуда колебаний трассы - 28 пикселей, частота колебаний трассы - 0,028 обратных пикселей.

Исследование эндотелиальных факторов - содержание в крови оксида азота - 6,7 ммоль/л, sVCAM - 2020 нг/мл, фактора Виллебранда - 224,6%, эндотелина - 0,73 фмоль/л

На основании полученных данных была диагностирована манифестная стадия ДР. Для подтверждения диагноза была проведена офтальмоскопия - выявлено наличие точечного экссудата, единичных точечных геморрагии и электроретинография, которая свидетельствовала о наличии умеренного нарушения функциональной активности наружных слоев сетчатки у пациента. Диагноз - манифестная стадия ДР - был подтвержден.

Таким образом, диагностический метод, состоящий из цифрового анализа сосудов глазного дна и исследования эндотелиальных факторов, является эффективным диагностическим методом ранних стадий ДР, выявление которых позволяет своевременно проводить комплекс лечебно-профилактических мероприятий и предотвратить дальнейшее развитие этой тяжелой патологии.

Изобретение относится к области медицины, в частности к внутренним болезням. Способ обеспечивает повышение эффективности дифференциации ранних стадий диабетической ретинопатии за счет цифрового анализа сосудов глазного дна и исследования эндотелиальных факторов. По цифровым изображениям глазного дна производят расчет неравномерности толщины артериол, определяемой как неравномерность толщины сосуда на измеряемом участке, измеряемой в процентах; амплитуды колебаний толщины, характеризующей степень отклонения хода стенок сосуда от прямой линии, измеряемой в пикселях, и частоты колебаний толщины артериол, характеризующей количество изменений направлений стенки сосуда за единицу его длины, измеряемой в обратных пикселях; амплитуды колебаний трассы венул, определяющей степень отклонения хода трассы от прямолинейного, измеряемой в пикселях; частоты колебаний трассы венул, определяющей количество изменений направлений трассы за единицу длины сосуда, измеряемой в обратных пикселях, исследование эндотелиальных факторов в сыворотке крови - оксида азота, измеряемого в моль/л; поверхностной адгезивной молекулы (sVCAM), измеряемой в нг/мл; эндотелина, измеряемого в фмоль/л; фактора Виллебранда, измеряемого в % и тканевого активатора плазминогена (t-PA), измеряемого в нг/мл, и по определенным изменениям этих показателей диагностируют либо функциональную, либо субклиническую, либо манифестную стадии ДР. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ диагностики ранней стадии диабетической ретинопатии (ДР), отличающийся тем, что по цифровым изображениям глазного дна производят расчет неравномерности толщины артериол, определяемой как неравномерность толщины сосуда на измеряемом участке, измеряемой в процентах; амплитуды колебаний толщины, характеризующей степень отклонения хода стенок сосуда от прямой линии, измеряемой в пикселях, и частоты колебаний толщины артериол, характеризующей количество изменений направлений стенки сосуда за единицу его длины, измеряемой в обратных пикселях; исследование эндотелиальных факторов в сыворотке крови - оксида азота, измеряемого в моль/л, и поверхностной адгезивной молекулы (sVCAM), измеряемой в нг/мл, и если артериолы 2 порядка имеют неравномерность толщины > 7,2; амплитуду колебаний толщины > 1,6; частоту колебаний толщины > 0,06, а содержание оксида азота > 14,7 и sVCAM > 1342, то диагностируют функциональную стадию ДР.2. Способ диагностики ранней стадии диабетической ретинопатии (ДР), отличающийся тем, что по цифровым изображениям глазного дна производят расчет среднего диаметра сосудов в пикселях; неравномерности толщины артериол, измеряемой в процентах; амплитуды колебаний толщины, измеряемой в пикселях, и частоты колебаний толщины артериол, измеряемой в обратных пикселях; амплитуды колебаний трассы венул, определяющей степень отклонения хода трассы от прямолинейного, измеряемой в пикселях; частоты колебаний трассы венул, определяющей количество изменений направлений трассы за единицу длины сосуда, измеряемой в обратных пикселях, и исследование эндотелиальных факторов в сыворотке крови - эндотелина, измеряемого в фмоль/л; оксида азота, измеряемого в моль/л; поверхностной адгезивной молекулы (sVCAM), измеряемой в нг/мл, и фактора Виллебранда, измеряемого в %, и если артериолы 1 порядка имеют средний диаметр < 9,6; неравномерность толщины > 7,6; амплитуду колебаний толщины > 2,9; частоту колебаний толщины > 0,09; венулы первого порядка имеют средний диаметр > 17,4; амплитуду колебаний трассы > 21,3; частоту колебаний трассы > 0,028, а содержание в крови sVCAM > 1720, фактора Виллебранда > 180, оксида азота > 16,6 и эндотелина > 0,73, то диагностируют субклиническую стадию ДР.3. Способ диагностики ранней стадии диабетической ретинопатии (ДР), отличающийся тем, что по цифровым изображениям глазного дна производят расчет среднего диаметра сосудов в пикселях; неравномерности толщины артериол, измеряемой в процентах; амплитуды колебаний толщины, измеряемой в пикселях, и частоты колебаний толщины артериол, измеряемой в обратных пикселях; амплитуды колебаний трассы, измеряемой в пикселях, и частоты колебаний трассы венул, измеряемой в обратных пикселях; исследование эндотелиальных факторов в сыворотке крови - эндотелина, измеряемого в фмоль/л; оксида азота, измеряемого в моль/л; поверхностной адгезивной молекулы (sVCAM), измеряемой в нг/мл; фактора Виллебранда, измеряемого в %, и тканевого активатора плазминогена (t-PA), измеряемого в нг/мл; и если артериолы 1 порядка имеют средний диаметр < 9,1; неравномерность толщины > 7,0; амплитуду колебаний толщины > 2,4; частоту колебаний толщины > 0,07; венулы 1 порядка имеют средний диаметр > 22,4; амплитуду колебаний трассы > 31; частоту колебаний трассы > 0,028; а содержание в крови эндотелина > 0,73; sVCAM > 1775, фактора Виллебранда > 230, оксида азота < 6,9 и t-PA < 1,75, то диагностируют манифестную стадию ДР.