Оптический метод экспресс-диагностики болезни почек на ранней стадии

Давыдов В.В., Проводин Д.С., Вакорина Д.В., Везо О.С.

Ссылка для цитирования:

Давыдов В.В., Проводин Д.С., Вакорина Д.В., Везо О.С. Оптический метод экспресс-диагностики болезни почек на ранней стадии // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 1. С. 100–111. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-01-100-111

Davydov V.V., Provodin D.S., Vakorina D.V., Vezo O.S. Optical method for rapid diagnosis of kidney disease at an early stage [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2025. V. 92. № 1. P. 100–111. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-01-100-111

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Получение достоверной информации о состоянии почек по пробам мочи в реальном времени при установлении диагноза и контроле эффективности действия лекарств с использованием разработанного в работе метода. Цель работы. Разработка нового метода экспресс-диагностики состояния почек в реальном времени на основе рефрактометрических измерений показателя преломления проб мочи. Метод. Измерения показателя преломления проб мочи от одного образца на четырех длинах волн лазерного излучения без внесения изменений в состояние пробы (одним прибором — мобильным рефрактометром с погрешностью измерения 0,00005). Основные результаты. Предлагаемый метод экспресс-контроля состояния почек имеет высокую степень достоверности, что подтверждается результатами экспериментальных исследований проб мочи и клинического обследования пациентов, у которых при экспресс-контроле были выявлены отклонения в работе почек. Разработана конструкция мобильного рефрактометра для реализации нового метода. Получены экспериментальные результаты измерений показателя преломления проб мочи, которые соответствуют пациентам с болезнью почек на ранней стадии при различных температурах. Практическая значимость. Разработанные метод и устройства для его реализации позволят решить проблемы, которые возникают при получении достоверной информации о состоянии почек в реальном времени как в амбулаторных пунктах, поликлиниках, районных больницах при установлении диагноза или контроле эффективности действия лекарств во время курса лечения, так и в крупных медицинских центрах.

Ключевые слова:

показатель преломления, длина волны, погрешность измерения, достоверность

Коды OCIS: 020.3690

Список источников:

1. Biggeri A., Stoppa G., Facciolo L., et al. All-cause, cardiovascular disease and cancer mortality in the population of a large Italian area contaminated by perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances (1980–2018) // Environmental Health: A Global Access Science Source. 2024. V. 23. № 1. Р. 42. https://doi.org/10.1186/s12940-024-01074-2
2. Oliveira B., Teixeira B., Magalhães M., et al. Extracorporeal shock wave lithotripsy: Retrospective study on possible predictors of treatment success and revisiting the role of non-contrast-enhanced computer tomography in kidney and ureteral stone disease // Urolithiasis. 2024. V. 52. № 1. Р. 65. https://doi.org/10.1007/s00240-024-01570-7
3. Davydov V.V., Velichko V.I., Dudkin V.I. A nuclear magnetic relaxometer for express testing of the condensed medium conditions // Instruments and Experimental Techniques. 2015. V. 58. № 2. Р. 234–238. https://doi.org/ 10.1134/S0020441215020062
4. Guzenko M.M., Mazing M.S., Zaitseva A.Y. Application of optical analysis methods for noninvasive monitoring of the blood oxygen saturation level // Biophysics. 2023. V. 68. № 2. P. 306–311. https://doi.org/10.3390/jpm13030443
5. Тимченко Е.В., Тимченко П.Е., Писарева Е.В. и др. Оптический анализ костной ткани методом спектроскопии комбинационного рассеяния при экспериментальном остепорозе и его коррекции с помощью аллогенного гидроксиапатита // Оптический журнал. 2020. Т. 87. № 3. С. 37–45.
Timchenko E.V., Timchenko P.E., Pisareva E.V., et al. Optical analysis of bone tissue by Raman spectroscopy in experimental osteoporosis and its correction using allogeneic hydroxyapatite // J. Opt. Technol. 2020. V. 87. № 3. P. 161–167. https://doi.org/10.1364/JOT. 87.000161
6. Davydov R., Zaitceva A., Isakova D., et al. New methodology of human health express diagnostics based on pulse wave measurements and occlusion test // J. Personalized Medicine. 2023. V. 13. № 3. Р. 443. https://doi.org/ 10.3390/jpm13030443
7. Вакс В.Л., Домрачева Е.Г., Черняева М.Б. и др. Применение метода терагерцевой газовой спектроскопии высокого разрешения для анализа состава продуктов термического разложения тканей кист околоносовых пазух // Оптический журнал. 2021. Т. 88. № 3. С. 26–32.
Vaks V.L., Domracheva E.G., Chernyaeva M.B., et al. Application of high-resolution terahertz gas spectroscopy to the compositional analysis of the thermal decomposition products of paranasal sinus cyst tissue // J. Opt. Technol. 2021. V. 88. № 3. P. 166–168. https:// doi.org/ 10.1364/JOT.88.000166
8. Zaitceva A.Yu., Mazing M.S., Akacevich P.V., et al. Sensor intelligent systems for monitoring the oxygen status of human tissues under functional loads // J. Pharmaceutical Negative Results. 2022. V. 13. № 1. P. 6–13. https://doi.org/ 10.47750/pnr.2022.13.01.002
9. Муравьева С.В., Козуб К.Е., Пронин С.В. Оптические и электрофизиологические методы оценки функционального состояния нейронных сетей зрительной системы // Оптический журнал. 2021. Т. 88. № 12. С. 42–49.
Murav'еva S.V., Kozub K.E., Pronin S.V. Optical and electrophysiological techniques for functional assessment of vision system neuronal networks // J. Opt. Technol. 2021. V. 88. № 12. P. 710–715. https://doi.org/ 10.1364/JOT.88.000710
10. Mielke N., Barghouth M.H., Fietz A.-K., et al. Effect modification of polypharmacy on incident frailty by chronic kidney disease in older adults // BMC Geriatrics. 2024. V. 24. № 1. Р. 335. https://doi.org/10.1186/s12877-024-04887-5
11. Iakovleva A.V., Verlov N.A., Zaleskiy M.G., et al. Pathogenic role of posttranslational isoforms of uromodulin // Biophysics. 2023. V. 68. № 3. P. 489–494. https://doi.org/10.1134/S0006350923030247
12. Hong H., He Y., Gong Z., et al. The association between non-high-density lipoprotein cholesterol to high-density lipoprotein cholesterol ratio (NHHR) and kidney stones: A cross-sectional study // Lipids in Health and Disease. 2024. V. 23. № 1. Р. 102. https://doi.org/10.1186/s12944-024-02089-x
13. Смирнова В.И., Лапин С.В., Лебедев Д.Г. и др. Валидация метода инфракрасной спектроскопии для анализа состава мочевых конкрементов // Клиническая лабораторная диагностика. 2021. Т. 66. № 12. С. 733–738. https://dx.doi.org/10.51620/0869-2084-2021-66-12-733-738
Smirnova V.I., Lapin S.V., Lebedev D.G., et al. Validation of the infrared spectroscopy method for analysis of the composition of urine concretes [in Russian] // Clinical Laboratory Diagnostics. 2021. V. 66. № 12. Р. 733–738. https://doi.org/10.51620/0869-2084-2021-66-12-733-738
14. Vakorina D.V., Stepanenkov G.V. A new method of express control of early-stage kidney damage // Proc. 2024 Conf. Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElCon). St. Petersburg, Russia. January 29–31, 2024. V. 2024. P. 999–1002. https://doi.org/10.1109/ElCon61730.2024.10468215
15. Hunsaker J.H., Wyness S.P., Snowa T.M., et al. Clinical performance evaluation of total protein measurement by digital refractometry and characterization of non-protein solute interferences // Practical Laboratory Medicine. 2016. V. 6. P. 14–24. https://doi.org/ 10.1016/j.plabm.2016.08.001
16. Wyness S.P., Hunsaker J.H., Snowa T.M., et al. Evaluation and analytical validation of a handheld digital refractometer for urine specific gravity measurement // Practical Laboratory Medicine. 2016. V. 5. P. 65–74. https://doi.org/ 10.1016/j.plabm.2016.06.001
17. Kazanskiy N.L., Butt M.A., Degtyarev S.A., et al. Achievements in the development of plasmonic waveguide sensors for measuring the refractive index // Computer Opt. 2020. V. 44. № 3. Р. 295–318. https:// doi.org/ 10.18287/2412-6179-CO-743
18. Davydov V.V., Vakorina D.V., Stepanenkov G.V. A new optical method for control in visible light of volatile hydrocarbon media and their mixtures using data from lightshadow boundary images // Computer Opt. 2024. V. 48. № 1. Р. 93–101. https://doi.org/10.18287/2412-CO-1341
19. Gogoi P., Valan J.A. Privacy-preserving predictive modeling for early detection of chronic kidney disease // Network Modeling Analysis in Health Informatics and Bioinformatics. 2024. V. 13. № 1. Р. 16. https://doi.org/10.1007/s13721-024-00452-7
20. Jairoun A.A., Al-Hemyari S.S., Shahwan M., et al. Community pharmacist-led point-of-care eGFR screening: Early detection of chronic kidney disease in highrisk patients // Sci. Rep. 2024. V. 14. № 1. P. 7284. https://doi.org/10.1038/s41598-024-56765-0

21. Mazing M.S., Zaitceva A.Y., Davydov R.V. Application of the Kohonen neural network for monitoring tissue oxygen supply under hypoxic conditions // J. Phys.: Conf. Ser. 2021. V. 2086. № 1. Р. 012116. https://doi.org/ 10.1088/1742-6596/2086/1/012116
22. Bratchenko L.A., Al-Sammarraie S.Z., Tupikova E.N., et al. Analyzing the serum of hemodialysis patients with end-stage chronic kidney disease by means of the combination of SERS and machine learning // Biomedical Opt. Exp. 2022. V. 13. № 9. Р. 4926–4938. https://doi.org/ 10.1364/BOE.455549
23. Bratchenko L.A., Bratchenko I.A., Khristoforova Y.A., et al. Raman spectroscopy of human skin for kidney failure detection // J. Biophotonics. 2021. V. 14. № 2. Р. e202000360. https://doi.org/ 10.1002/jbio.202000360
24. Давыдов В.В., Мязин Н.С., Давыдова Т.И. Неразрушающий метод экспресс-контроля состояния конденсированных сред для экологического мониторинга // Дефектоскопия. 2017. № 7. С. 52–61.
Davydov V.V., Myazin N.S., Davydova T.I. A nondestructive method for express testing of condensed media in ecological monitoring // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2017. V. 53. № 7. Р. 520–529. https://doi.org/ 10.1134/S106183091707004X
25. Irfan M., Khan Y., Rehman A.U., et al. Plasmonic refractive index and temperature sensor based on graphene and LiNbO3 // Sensors. 2020. V. 22. № 20. Р. 7790–7802. https://doi.org/ 10.3390/s22207790
26. Morales-Luna G., Herrera-Domínguez M., Pisano E., et al. Plasmonic biosensor based on an effective medium theory as a simple tool to predict and analyze refractive index changes // Opt. and Laser Technol. 2020. V. 131. P. 106332. https://doi.org/ 10.1016/j.optlastec. 2020.106332