Диагностические
возможности лазерной
биофотометрии при
туберкулезе позвоночника
Ю. В. Алексеев*, Т. В. Деграве*,
Е. О. Перецманас**,
М. Э. Соколов*
1. Введение
Туберкулез
позвоночника находится на одном из первых мест среди нелегочных
форм этого заболевания. Диагностика костного туберкулеза основывается на
рентгенологическом исследовании, которое должно проводиться в динамике для
контроля эффективности лечения, но больные при этом испытывают значительную
лучевую нагрузку. В качестве системы мониторинга применяется
магнитно-резонансная томография и термография. Эти
методы диагностики сложны в исполнении, труднодоступны и сопряжены с
необходимостью транспортировки больного к аппарату. Необходим
высокоинформативный неинвазивный, безопасный и
дешевый способа диагностики и контроля лечения туберкулезных поражений
позвоночника.
Использование
низкоэнергетического лазера уже нашло применение в микродиагностике
для идентификации биологических молекул и клеток и наблюдения за физико-химическими изменениями
биологических растворов. Серийно используются методы диагностики поражения
зрительного анализатора и проточной цитофлоуриметрии
[3, 4, 7, 8, 13, 14]. Клиническая лазерная диагностика развита недостаточно [1, 2, 5, 6, 9-12, 15,
16].
2.
Цель и задачи работы
Цель -
исследование возможностей лазерной биофотометрии в
диагностике туберкулезного спондилита и
его осложнений.
Были поставлены следующие задачи:
- исследование биофотометрического показателя - коэффициента отражения
(КО) поверхности кожи человека в
проекции позвонков Th11-L5 у здоровых людей;
- обследование "вслепую" группы больных с заболеваниями позвоночника методом лазерной биофотометрии с целью определения диагностической ценности метода;
- сравнение диагностических возможностей методов
лазерной биофотометрии и термографии у больных с туберкулезным поражением позвонков Th11-L5;
- изучение динамики биофотометрических
показателей в группах больных с активным и затихшим туберкулезным спондилитом в
процессе проводимой терапии.
3.
Клинический материл и методы исследований
Всего было обследовано 42 пациента с туберкулезным спондилитом Th11-L5. В группу
А вошли пациенты с впервые выявленным активным туберкулезным процессом (20
человек). Группу Б составили пациенты с
подтвержденным затихшим туберкулезным спондилитом, поступившие на плановое
санаторное лечение (22 человека).
Группа С - контрольная группа, включившая 20 практически здоровых людей.
С целью исключения влияния толщины подкожной жировой клетчатки на биофотометрические показатели, во все группы были включены
люди с индексом массы тела (ИМТ) <30. В исследуемые группы не были включены
люди с повышенным оволосением и/или гиперпигментацией
поясничной области. Исследование проводили
в одно и то же время суток.
Мониторинг коэффициента отражения в проекции пораженных позвонков у
пациентов групп А и Б осуществлялся каждые 7 дней в течение всего курса терапии
от 12 до 16 измерений.
18 человек с жалобами на боли в
поясничной области были обследованы "вслепую" методами лазерной биофотометрии и лазерной термографии
независимо друг от друга с дальнейшей верификацией диагноза на основании
имеющегося анамнеза, данных рентгенологического и гистопатологического
исследований. Регистрация оптического КО проводилась в проекции позвонков Th11-L5.
За показатели нормы взяты величины, установленные при обследовании
проекции поясничных позвонков у 20 здоровых людей контрольной группы. В
контрольной группе стандартный средний КО равен 63+1,7 %. В дальнейших расчетах
этот показатель мы берем за 100 %.
Исследование диагностических возможностей низкоинтенсивного
лазерного излучения мы проводили, взяв за техническую основу стандартный
аппарат лазерной терапии, его основные технические характеристики:
- длина волны ИК-излучения - 0,85-0,89 мкм;
- длительности импульсного лазерного излучения - 150 нс;
- плотность импульсной мощности лазерного излучения в плоскости
выходного раскрыва терминала - 0,5 Вт/см;
- частота повторения импульсов - 50 Гц.
Этот аппарат доработан: в корпус
лечебного терминала были встроены широкозахватные фотосенсоры
ИК-излучения. ИК-линия
обратной связи с биообьектом состоит из импульсного
передатчика, передающей среды и фотоприемника с цифровым выходом. Передающая
среда трехслойная: воздушный зазор между излучателем передатчика и облучаемым
объектом, слой ткани самого биообъекта, воздушный промежуток между биообъектом
и фотосенсорами. Состав фотоприемника: четыре фотосенсора, усилитель и двухразрядный индикатор. ИК-излучение передатчика через зазор попадает на биообъект,
отражается и рассеивается его поверхностными и глубоколежащими тканями, а затем
через воздушный промежуток возвращается к сенсорам фотоприемника. Выходной
сигнал, пропорциональный мощности ИК-излучения,
отраженного от биообъекта, усиливается, переводится в цифровой показатель и
выводится на табло. Внутренняя цилиндрическая полость терминала, где в
специальной насадке размещены фотосенсоры, играет
роль интегрирующей полости. Фоторегистратор позволяет определять относительную
величину отражаемого от поверхности биологического объекта ИК-излучения.
Результаты оценивались в условных единицах, названных единицей отражения (ЕО).
Термографическое исследование выполняли на отечественном тепловизоре ТВ-03 ("Радуга"), рентгенографию - на
аппарате "Neodiagnomax" (Чехия). Результаты классифицировались
следующим образом (Sheps S.B., Schechter M.T.):
TP (true positive) - истинно положительные,
FP (false positive) - ложно положительные,
FN (false negative) - ложно отрицательные,
TN (true negative) - истинно отрицательные.
Чувствительность (Sen) - вероятность положительного результата теста у пациента с данным
заболеванием:
Sen = TP/TP + FN ×100 %.
Специфичность (Spe) - вероятность получения отрицательного результата у пациента, не
страдающего данным заболеванием:
Spe = TN/TN+FP×100 %.
Положительное прогностическое значение (PPV) - отражает вероятность наличия
заболевания в случае положительного результата теста:
PPV = TP/TP+FP.
Отрицательное прогностическое значение (NPV) - отражает вероятность отсутствия заболевания в случае отрицательного результата
теста:
NPV = TN/TN+FN.
Распространенность (prevalence) - количество пациентов в исследовании, действительно имеющих данное
заболевание; отражает пользе диагностического теста для выявления или
исключения заболевания:
Prevalence =
TP+FN/ TP+FN+FP+TP.
Кроме этих стандартных критериев, многие авторы используют критерий
степени согласованности (rate of agreement).
Agreement = TP/TP+FN+FP.
4.
Результаты
Проведенные исследования показали, что в группе больных с активным
туберкулезным спондилитом КО достоверно снижен по сравнению с нормой. В группе
А - КО достоверно ниже нормы на 34 % (р<0,001). Достоверность отличий рассчитывалась на основе
сравнения двух групп по критерию Стьюдента. Биофотометрическое
исследование в группе с затихшим туберкулезным спондилитом показало
недостоверное возрастание КО в сравнении с нормой на 9 % (табл. 1).
Таблица
1
Значения
оптического коэффициента при биофотометрическом
исследовании, ЕО
|
|
Исследуемые группы |
||
|
контроль |
Группа А |
Группа Б |
|
|
КО |
63+1,7 % |
42+1,6 %* |
69+3,2 % |
* - р<0,001
Курс комплексной терапии пациентов с активной формой туберкулеза
позвонков рассчитан на 12-16 недель. Все пациенты группы А получали стандартную
комплексную терапию: два противотуберкулезных химиотерапевтических препарата
первого ряда (изониазид и рифампицин)
и антибиотик второго ряда - этамбутол.
На третьей неделе проводимого исследования средние значения
коэффициента отражения у пациентов группы А изменились незначительно, прирост
составил всего 4 % (табл. 2). Различие значения показателя по сравнению с
первым днем лечения приобрело характер статистической значимости на 6 неделе.
Прирост в величине КО составил 10 % и достиг значения 48,4+2,3 (р<0,05).
Достигнув максимальной величины на 10 неделе лечения и увеличившись на 28 % по
сравнению с первоначальным значением, изучаемый параметр к концу наблюдения, не
меняясь по абсолютной величине, изменил степень достоверности за счет
уменьшения разброса показателей.
Таблица
2
Биофотометрическое исследование
в процессе курса лечения
|
|
Коэффициент отражения, ЕО |
||||
|
Номер измерения |
|||||
|
1 |
3 |
6 |
10 |
12 |
|
|
А |
42+1,6 % |
44,5+2,5 % |
48,4+2,3%* |
59+2,1 %** |
59+1,3 %*** |
|
Б |
69+3,2 % |
68+3,5 % |
69+2,9 % |
69+3,2 % |
69+3,0 % |
* - р<0,05;**
- р<0,01;***
- р<0,001
У пациентов группы Б между начальным и последующими значениями биофотометрических данных ощутимой разницы не было. Анализ биофотометрических данных позволил изучить определенные
закономерности их динамики в случаях, когда проводимая терапия оказывалась
неэффективной.
Мониторинг, осуществленный посредством лазерной биофотометрии,
в процессе проводимых лечебных мероприятий выявил две тенденции изменения КО:
либо его возрастание, которое сочеталось с клиническим улучшением и
нормализацией лабораторных показателей, термографической и рентгенологической
картины; либо на фоне проводимой терапии КО оставался прежним или снижался по
сравнению с таковым при поступлении, что сочеталось с отсутствием эффекта от
проводимой терапии и формированием осложнений.
Отсутствие клинического
улучшения и признаков прогрессирования заболевания одновременно
характеризовалось отсутствием колебаний величины КО. Уровень его изменений
находился в пределах, характерных на
момент начала исследования. Наличие признаков прогрессирования перифокального воспалительного процесса, определяемых
клиническими, лабораторными и инструментальными методами исследования,
манифестировало недостоверным снижением указанного показателя до величины
38+2,6 %. Наличие гнойного воспалительного процесса в окружающих пораженный
позвонок мягких тканях (натечный абсцесс) характеризовалось снижением величины
КО до величины 32+1,7 %. В
группе А в 3-х случаях наблюдалась резистентность к
проводимой терапии с формированием
натечных абсцессов у
2-х пациентов. Таким образом, КО снижался на 49,5 % (р<0,05) по
сравнению с таковым у здоровых. Достоверный характер различий в величине показателя
при формировании натечного абсцесса и при воспалении, не осложненном абсцедированием, позволяет проводить дифференциальную
диагностику указанных состояний.
"Слепое" исследование включило 18 пациентов, критериями отбора которых
были: жалобы на боли в поясничной области и ИМТ < 30. При этом определялось,
имеется ли у пациента в мягких тканях паравертебральной
области Th11-L5 активное очаговое воспалительное изменение.
Измерения проводились точечным методом последовательно вдоль позвоночного столба.
Затем полученные данные КО сопоставлялись с КО, принятым за норму. Контролем
служило рентгенографическое исследование.
Критерии оценки результата лазерной биофотометрии
мы определили следующим образом: положительный результат - локальное изменение
КО на 30 % и более по сравнению с
нормой; отрицательный результат -
снижение КО менее 30 %.
Из 18 пациентов у 10 результат был определен как положительный и у 8 -
как отрицательный. При сопоставлении результатов с диагнозами пациентов мы
получили следующее распределение:
- 9 пациентов - диагноз туберкулезный спондилит (КО>30 %);
- 5 пациентов - диагноз остеохондроз, корешковый синдром (КО = 10-20
%);
- 4 человека - без патологии (КО
= 0-5 %).
результаты
классифицировались следующим образом: ТР -
9, FP - 2, FN - 0, TN - 7. Ложноположительные результаты были получены у
двоих пациентов с острым корешковым синдромом.
По этим данным были рассчитаны диагностические критерии метода лазерной
биофотометрии: Sen -
100%, Spe - 78%, PPV - 0,82, PPV - 1,0. Критерии оценки результата термографического исследования:
положительный результат - локальное изменение температуры тела на 2,7 ºС и более
по сравнению с нормой, отрицательный
результат - локальное изменение температуры < 2,7 ºС. Были проведены аналогичные расчеты с целью
определения диагностической ценности термографического метода: ТР-
9, FP - 1, FN - 0, TN -
8.
По этим данным были рассчитаны диагностические критерии метода термографии, которые оказались идентичны с результатами биофотометрии: Sen -
100%, Sp e- 89%, PPV - 0,9, NPV - 1,0.
Поэтому можно говорить о сопоставимой диагностической ценности метода лазерной биофотометрии и метода термографии.
Таким образом, достоверное снижение биофотометрического
показателя КО при туберкулезном спондилите, его характерная динамика в
зависимости от клинической направленности процесса намечают благоприятные
перспективы использования метода. лазерная
биофотометрия является альтернативой
термографического метода исследования, который используют для контроля лечения
воспалительных заболеваний позвоночника. Преимущество лазерной биофотометрии заключается в компактности и мобильности
самой установки, что позволяет обследовать тяжелых пациентов так часто, как это
нужно. Метод прост и безопасен в использовании; не несет лучевой нагрузки, не
требует дополнительных материалов.
Литература
1. Александров М.Т. Основы
лазерной клинической биофотометрии.- Сочинский
научно-методический центр "Интермед", 1991.
2. Кузмин В.В., Жаров В.П.//
Мед. техника.- 1993.- N 3.- с. 36-42.
3. Логвиненко А.Г.// Лаб. Дело.- 1990.- N 9.- с. 42-43.
4. Приезжев А.В., Тучин В.В., Шубочкин
Л.П. Лазерная диагностика в биологии и медицине. - 1989.- М.: Наука.
5. Симонова Г.А., Швалб П.Г.// Применение лазеров для диагностики
заболеваний. -1986.- М.: ЦНИИ "Электроника".
6.
7. Beck G.C., Akgun N., Ruck
A. // Lasers Med. Sci.- 1998.- Vol., N 13, Р. 160-171.
8. Bets C.S., Mehlmann M., Rick K.// Lasers
in surgery and medicine.- 1999.- Vol. 25.- Р. 323-334,
9. Boult M., Fraser R.D., Jones N. et al. // Surg.-
2000.- Vol. 70, N 7.- P. 475-479.
10. Dadvani S.A., Kharnas S.S., Chilingaridi
K.E. // Lasers Med. Sci.- 1999.- N 10.- P. 75.
11. Dognitz N., Wagnieres G. // Lasers Med. Sci.- 1998.- N 13, P. 55-65.
12. Germer C-T., Roggan
A.// Lasers in surgery and medicine.- 1998.- N 25. - P. 194-203.
13. Goldman L. // Lasers in surgery and medicine.- 1998.- Vol. 22.- P.
3-8.
14. Nilson G., Tenland D.,Oberg P. // Trans.
15. Palmer G.R., Sattelle D.B. Scattering
techniques applied to supramolecular and nonequelibrium systems.- N.Y.- Plenum.- 1981.- P. 839
16. Pascu ML, Carstocea B, Popescu
G. // Lasers Med. Sci.- 1998, N 13.- P. 148-154.
Diagnistic
Possibilities of Laser Biophotometry in the Case of Spinal Tuberculosis
Yu.
V. Alecseev, T. V. Degrave, E. O. Peretsmanas,
M. E.
Cokolov
Laser biophotometriy is an alternative to thermograpfic
method of an examonation that is used to mоnitor the treatment if inflammatory diseases of the spinal colamn.
The advantage of the laser biophotometry lies in
compactness and mobility of the unit itself, what permits to examine
seriously-ill patients as often as it-s necessary. The method is simple, safe
and without a beam load. It does not ask for additional materials.
Key words: laser biophotometriy,
inflammatory diseases, thermograpfic method