Sàng Lọc Nhanh, Không Xâm Lấn Bệnh Viêm Giác Mạc Dựa Trên Quang Phổ Raman

Giới thiệu

Viêm giác mạc là một bệnh về mắt phổ biến có thể dễ dàng nhận biết bởi tình trạng viêm đỏ giác mạc (lớp trong suốt phía trước nhãn cầu). Các chẩn đoán truyền thống thường dựa vào việc khám lâm sàng có thể yêu cầu thêm các xét nghiệm bổ sung. Ngày nay, quang phổ Raman trở thành một phương pháp tiềm năng để có thể sàng lọc bệnh viêm giác mạc một cách nhanh chóng mà không xâm lấn.

Hình 1: Dấu hiệu nhận biết bệnh viêm giác mạc.

Quang phổ Raman là một kỹ thuật hiệu quả được sử dụng để phân tích các thành phần phân tử của vật liệu. Phương pháp được thực hiện bằng cách tập trung nguồn sáng đơn sắc, (thường là laser) vào mẫu. Khi ánh sáng mang năng lượng cao tương tác với các phân tử trong mẫu, nó có thể tán xạ theo hai cách sau:

Tán xạ Rayleigh: Đây là dạng tán xạ chiếm ưu thế, trong đó ánh sáng tán xạ có bước sóng giữ nguyên so với ánh sáng tới.
Tán xạ Raman: Trong một phần nhỏ các sự kiện tán xạ (1 trong 1 triệu photon), ánh sáng tới tương tác với rung động của các phân tử trong mẫu. Sự tương tác này gây ra một sự thay đổi nhỏ trong bước sóng của ánh sáng tán xạ. Sự thay đổi đó được gọi là dịch chuyển Raman, là đặc trưng cho mỗi loại phân tử và giống như một dấu vân tay duy nhất gắn với mức năng lượng giao động của phân tử đó.

Bằng cách phân tích sự dịch chuyển Raman bằng các máy đo quang phổ, thông qua đó quang phổ Raman mang đến thông tin chi tiết về thành phần phân tử của mẫu.

Hình 2: Nguyên lý của quang phổ Raman.

Ứng dụng của quang phổ Raman trong quá trình sàng lọc viêm giác mạc:

Phân tích các thành phần nước mắt: Trong nước mắt chứa nhiều phân tử, bao gồm protein, chất điện giải và các chất chuyển hóa. Những chất này tạo ra một phổ đặc trưng khi được phân tích bằng quang phổ Raman.
Phân biệt giữa trạng thái khỏe mạnh và bị bệnh: Đối với mắt khỏe mạnh, các thành phần trong nước mắt vẫn ổn định. Tuy nhiên, khi viêm giác mạc phát triển, các thành phần trong nước mắt thay đổi do phản ứng viêm của cơ thể. Quang phổ Raman có khả năng phát hiện ra các thay đổi nhỏ này khi so sánh với phổ đặc trưng của nước mắt khỏe mạnh.
Xác định các loại viêm giác mạc: Các nghiên cứu cho thấy quang phổ Raman có thể phân biệt giữa các loại viêm giác mạc khác nhau, chẳng hạn như viêm giác mạc do vi khuẩn, do nấm hoặc do virut. Thông tin này có thế rất quan trọng trong việc lựa chọn hướng điều trị phù hợp.

Sàng lọc viêm giác mạc là công đoạn rất quan trọng để chẩn đoán sớm, ngăn ngừa các biến chứng và lựa chọn phương pháp điều trị phù hợp để bảo vệ thị lực cho con người. Do đó, quang phổ Raman là một kĩ thuật tuyệt vời vì nó có thể mang lại một số lợi ích như:

Tính đặc hiệu: Các thành phần đặc trưng của nước mắt cho phép quang phổ Raman có khả năng phân biệt mắt viêm giác mạc và mắt khỏe mạnh và thậm chí giúp phân biệt các loại viêm giác mạc cụ thể.
Bản chất không xâm lấn: Việc thu thập mẫu nước mắt là một thu thuật không gây đau đớn, từ đó giảm cảm giác sợ hãi so với việc cạo giác mạc của các phương pháp chẩn đoán truyền thống.
Phân tích nhanh: Việc phân tích quang phổ Raman có thể được hoàn thành nhanh chóng giúp đem đến quyết định chẩn đoán và điều trị kịp thời.

Kết quả

Hình 3: Phổ Raman của mẫu nước mắt viêm giác mạc và mẫu khỏe mạnh trong dải bước sóng 400 cm^-1 tới 4000 cm-¹.

Hình 4: Phổ Raman của mẫu nước mắt viêm giác mạc cho thấy các đỉnh tại bước sóng 1005 cm^-1, 1155 cm^-1, 1514 cm^-1 có cường độ cao hơn so với mẫi nước mắt khỏe mạnh.

Trong một nghiên cứu cụ thể, quang phổ Raman được dùng để phân tích mẫu nước mắt từ 19 bệnh nhân viêm giác mạc và 27 người khỏe mạnh. Phân tích phổ Raman trung bình chuẩn hóa cho thấy sự khác biệt chính giữa hai nhóm. Khi tập trung vào dải bước sóng từ 550 cm^-1, đến 2000 cm^-1, ta có thể thấy các đỉnh có cường độ cao hơn tại bước sóng 1005 cm^-1, 1155 cm^-1, 1514 cm^-1trong các mẫu nước mắt viêm giác mạc so với nước mắt khỏe mạnh. Mặc dù các phân tử cụ thể liên quan tới các đỉnh trên vẫn chưa rõ ràng nhưng quan sát này vẫn cho thấy tiềm năng của quang phổ Raman trong việc xác định nước mắt khỏe mạnh và nước mắt bị viêm giác mạc.

Hệ thống đo lường

Với nhu cầu chẩn đoán, sàng lọc bệnh nhân viêm giác mạc, máy quang phổ Ocean QEPro và nguồn sáng Ocean Laser Raman là một lựa chọn phù hợp.

Máy quang phổ Ocean QEPro: Máy đo quang phổ có độ nhạy cao này đóng một vai trò quan trọng trong việc thu tín hiệu Raman một cách hiệu quả. Khả năng đặc biệt của nó giúp phát hiện ra các tín hiệu ánh sáng yếu đảm bảo rằng những thay đổi nhỏ trong dải bước sóng dịch chuyển Raman được đo chính xác. Phạm vi quang phổ rộng của QEPro cho phép phân tích đa dạng các phân tử có trong nước mắt.

Hình 5: Máy quang phổ QEPro.

Nguồn sáng laser Raman: Chùm tia laser đóng vai trò trong việc kích thích các phân tử trong nước mắt. Bước sóng cụ thể của laser là rất quan trọng để có một hệ đo quang phổ Raman tối ưu. Ở đây, việc lựa chọn bước sóng laser cẩn thận sẽ đem lại hiệu quả trong việc kích thích các rung động trong các phân tử nước mắt để cho ra một chuyển dịch Raman đặc trưng.

Hình 6: Nguồn laser Raman.

Kết hợp với nhau, máy quang phổ QEPro và nguồn laser Raman tạo nên một hệ thống tối ưu để sàng lọc viêm giác mạc. Tia laser tương tác hiệu quả với các phân tử có trong nước mắt. Máy quang phổ sau đó nắm bắt chính xác tín hiệu yếu thu được, từ đó cho ta thấy đặc trưng trong mẫu nước mắt. Bằng cách phân tích các quang phổ đặc trưng này các nhà nghiên cứu có khả năng phát hiện ra những thay đổi liên quan tới viêm giác mạc, hỗ trợ chẩn đoán sớm và có khả năng phân biệt giữa trạng thái khỏe mạnh và mang bệnh.

Kết luận

Quang phổ Raman cung cấp một phương pháp đầy hứa hẹn, không xâm lấn để sàng lọc nhanh viêm giác mạc. Bằng cách phân tích phổ đặc trưng của nước mắt, kỹ thuật này có thể phân biệt giữa trạng thái khỏe mạnh và bệnh tật mở rộng ra có thể xác định các loại viêm giác mạc cụ thể. Sự kết hợp giữa máy đo quang phổ QEPro và nguồn laser Raman đem đến sự chính xác và hiệu quả cho phương pháp này, mở đường cho chẩn đoán sớm và kết quả điều trị tốt hơn. Các nghiên cứu sâu hơn là cần thiết để xác nhận đầy đủ ứng dụng lâm sàng của nó.