Υπολογισμός Οπτικών Ιδιοτήτων Αρτηριών Από Φασματοσκοπικές Μετρήσεις

Abstract

Αντικείμενο της παρούσης εργασίας αποτελεί η μελέτη των Οπτικών Ιδιοτήτων αρτηριών, Υγιών και Αθηροσκληρωτικών, βασιζόμενη σε φασματοσκοπικές μετρήσεις. Περαιτέρω στόχος της εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός αποτελεσματικού διαγνωστικού αλγορίθμου για την ασθένεια της αθηροσκλήρωσης, η λειτουργία του οποίου έγκειται στις οπτικές ιδιότητες των αρτηριών.Οι καρδιοαγγειακές ασθένειες, άμεσα σχετιζόμενες με την βλάβη της αθηροσκλήρωσης, αποτελούν την πρωταρχική αιτία θανάτου σε παγκόσμιο επίπεδο. Η καλύτερη κατανόηση της παθοφυσιολογίας της αθηροσκλήρωσης αναμένεται να συμβάλλει άμεσα στην βελτίωση των υπαρχόντων θεραπευτικών αγωγών και ως εκ τούτου στη μείωση της αυξημένης θνησιμότητας που καταγράφεται σήμερα. Ποικίλες έρευνες έχουν αναγνωρίσει αρκετούς νέους παράγοντες κινδύνου που επιβαρύνουν την βλάβη αυτή, ενώ ιδιαίτερη έμφαση δίδεται τα τελευταία πέντε χρόνια στην λειτουργία της φλεγμονής ως πρωτεύον παράγοντα παθογένεσης της αθηροσκλήρωσης. Όλη αυτή η γνώση συγκλίνει στην επιτακτική ανάγκη σαφέστερης διάγνωσης της ασθένειας, καθώς η διάγνωσή της κρίνεται από πολλούς επιστήμονες ως ο καλύτερος τρόπος αντιμετώπισής της. Στην παρούσα εργασία αρχικά συλλέχθηκαν τα φάσματα διέλευσης και ανάκλασης στην υπεριώδη και ορατή περιοχή του οπτικού φάσματος, υγιών και αθηροσκληρωτικών αρτηριών. Χρησιμοποιώντας τις μετρήσεις αυτές κι επιλύοντας το αντίστροφο μοντέλο των Kubelka-Munk για τη διάδοση του φωτός σε ιστούς υπολογίστηκαν οι διάχυτοι συντελεστές απορρόφησης και σκέδασης για τις δύο κατηγορίες αρτηριών. Υπολογίστηκε ακόμα η ανάκλαση των αρτηριών στο άπειρο, δηλαδή η ανάκλαση που θα εμφάνιζαν οι αρτηρίες εάν το πάχος τους ήταν άπειρο. Εν συνεχεία, επιλέγονται κατάλληλες διαγνωστικές παράμετροι με σκοπό το διαχωρισμό των υγιών αρτηριών από τις αθηροσκληρωτικές. Συγκεκριμένα αρχικά χρησιμοποιήθηκε ως διαγνωστική παράμετρος ο λόγος της ανάκλασης προς την ανάκλαση στο άπειρο. Η κλίση που εμφανίζει ο λόγος αυτός στα 390 και 440 nm διαχωρίζει αποτελεσματικά τις υγιείς από τις αθηροσκληρωτικές αρτηρίες. Στατιστική ανάλυση των κλίσεων στα δύο μήκη κύματος που παρατηρούνται οι σημαντικότερες διαφοροποιήσεις οριοθετεί τις περιοχές εκείνες που χαρακτηρίζουν κάποια αρτηρία ως υγιή ή αθηροσκληρωτική. Το παραπάνω διαγνωστικό μοντέλο παρουσιάζει όμως ένα σημαντικό μειονέκτημα, καθώς απαιτεί την αφαίρεση της αρτηρίας, κάνοντας έτσι ανέφικτες τις in vivo μετρήσεις. Μία δεύτερη διαγνωστική παράμετρος η οποία προτείνεται είναι ο λόγος των ανακλάσεων του κάθε δείγματος προς την ανάκλαση αναφοράς. Αποτελεσματικός διαχωρισμός των υγιών και αθηροσκληρωτικών αρτηριών αποδεικνύεται μετά από στατιστική ανάλυση ότι πραγματοποιείται στα 370 και 500 nm. Ο δεύτερος αυτός διαγνωστικός αλγόριθμος βασίζεται μόνο σε μετρήσεις ανάκλασης κι επομένως μπορεί να πραγματοποιηθεί και in vivo.