Ученые разработали экспресс-анализ состава камней в почках

Мочекаменная болезнь является распространенным заболеванием. Чтобы предотвратить повторное появления камней в почках после операции, должен быть известен состав камней. Исследователи разработали систему для быстрого анализа мочевых камней сразу после хирургической операции.

Все больше людей в западных европейских странах страдают от камней в почках. Число случаев утроилось за последние 10 лет. Камни в почках часто бывают не больше  рисового зерна, но некоторые из них могут вырасти в диаметре до нескольких сантиметров. Иногда мочевой камень может заблокировать мочеточник, тем самым вызывая почечную боль. Если он не может быть раздроблен, камни в почках лечат с помощью экстракорпоральной терапии ударных волн или применяют малоинвазивные эндоскопические методы.

Многие пациенты страдают от рецидива заболевания. Научные исследования показали, что формирование новых камней может быть сокращено на 50%. Врачи дают рекомендации по пищевым привычкам или использованию определенных лекарственных средств, которые основаны на знании композиции камня. Исследователи из института Фраунгофера разрабатывают новую спектроскопию комбинационного рассеяния света, основанного на диагностической системе быстрого и автоматизированного анализа почечных камней. Исследователи в этом проекте работают рука об руку с урологами, которые специализируются в области современных методов лечения мочекаменной болезни.

«Только при небольшом количестве камней в почках больные получают исчерпывающую консультацию», — говорит врач и исследователь Аркадиусз Мирник (Arkadiusz Miernik). 

Это происходит потому, что традиционная технология анализа камня, такая как ИК-спектроскопия, является дорогостоящим методом. Анализ может быть выполнен исключительно в лабораторных условиях. Только несколько центров предлагают такой тип анализа, для получения результатов может понадобиться до трех недель. 

«Мы рекомендуем пациентам пить много жидкости, увеличить физическую активность и потерять вес. К сожалению, это только общие рекомендации. С клинической точки зрения мы должны проводить индивидуализированные подходы, и они должны включать результаты анализа состава камня. Это позволит нам оценить индивидуальный риск рецидива заболевания и выявление потенциальных аномалий обмена веществ», — говорит Мирник.

Ученые используют технику, известную как спектроскопия комбинационного рассеяния света, что позволяет им быстро и окончательно определить конкретные виды камня. Этот метод использует характерный спектр в видимом диапазоне длины волн исследуемого образца и называется «химическим отпечатком пальца». 

«Эти образцы освещаются с помощью лазерного света. Около 1% фотонов отражаются в другом спектре волн. Мы вносим эти сигналы в базу данных», — объясняет Мирник. 

Исследователи используют программное обеспечение, чтобы отфильтровать флуоресцентный фон, образующийся во время спектроскопии комбинационного рассеяния с использованием программного обеспечения.

Этот метод использует относительно недорогие оптические компоненты. Время, необходимое для приготовления образцов, существенно снижено. 

«Камни раньше приходилось высушивать и измельчать перед анализом. В нашей системе в этом нет необходимости. Фрагменты камней, собранных в ходе хирургической операции, не нужно подвергать дальнейшей обработке. Они могут быть использованы непосредственно в спектрометре для анализа», — объясняют исследователи. 

В настоящее время существует несколько специализированных лабораторий, которые могут проводить такую процедуру, используя масштабное аналитическое оборудование. Компактный прибор будет подходить для использования его в клинических условиях, что позволит проводить анализ немедленно.

Демонстрация системы, в том числе оборудования и программного обеспечения, необходимого для анализа почечных камней, разработанные исследователями, уже существует в качестве прототипа. Этот прототип сначала должен быть сделан более компактным, прежде чем он будет готов для применения. Уникальной особенностью системы является ее спектральная база данных. Информационный индекс был построен на данных девяти чистых веществ, составляющих 99% мочевых камней. Исследователи изучили почти 160 образцов почечных камней при настройке программного обеспечения на первом этапе проверки. Кроме того, результаты были подтверждены после обычного инфракрасного анализа в справочной лаборатории. 

«Когда вся система будет готова для клинического использования, врач (уролог) сможет рассмотреть образцы камней непосредственно после операции, тем самым улучшая качество лечения пациентов», — говорит Мирник.

Подробнее в научной статье:

Miernik A. et al. Is in vivo analysis of urinary stone composition feasible? Evaluation of an experimental setup of a Raman system coupled to commercial lithotripsy laser fibers //World journal of urology. – 2015. – С. 1-7.