RU2337608C1 - Diagnostic complex for measurement of medicobiological parameters of skin and mucosas in vivo - Google Patents
Diagnostic complex for measurement of medicobiological parameters of skin and mucosas in vivo Download PDFInfo
- Publication number
- RU2337608C1 RU2337608C1 RU2007117381/14A RU2007117381A RU2337608C1 RU 2337608 C1 RU2337608 C1 RU 2337608C1 RU 2007117381/14 A RU2007117381/14 A RU 2007117381/14A RU 2007117381 A RU2007117381 A RU 2007117381A RU 2337608 C1 RU2337608 C1 RU 2337608C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- optical
- fibers
- diagnostic
- block
- Prior art date
Links
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title abstract 2
- 210000004877 mucosa Anatomy 0.000 title abstract 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 121
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 57
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 38
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 claims abstract description 35
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 3
- 210000004400 mucous membrane Anatomy 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 18
- 238000013461 design Methods 0.000 description 10
- 238000002405 diagnostic procedure Methods 0.000 description 10
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 8
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 8
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 5
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 5
- 238000002798 spectrophotometry method Methods 0.000 description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- XUMBMVFBXHLACL-UHFFFAOYSA-N Melanin Chemical compound O=C1C(=O)C(C2=CNC3=C(C(C(=O)C4=C32)=O)C)=C2C4=CNC2=C1C XUMBMVFBXHLACL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 108010064719 Oxyhemoglobins Proteins 0.000 description 4
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 4
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 4
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 3
- 230000004089 microcirculation Effects 0.000 description 3
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 3
- BPYKTIZUTYGOLE-IFADSCNNSA-N Bilirubin Chemical compound N1C(=O)C(C)=C(C=C)\C1=C\C1=C(C)C(CCC(O)=O)=C(CC2=C(C(C)=C(\C=C/3C(=C(C=C)C(=O)N\3)C)N2)CCC(O)=O)N1 BPYKTIZUTYGOLE-IFADSCNNSA-N 0.000 description 2
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 2
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 2
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 2
- 210000000601 blood cell Anatomy 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000001506 fluorescence spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000002496 oximetry Methods 0.000 description 2
- 230000007170 pathology Effects 0.000 description 2
- 230000001991 pathophysiological effect Effects 0.000 description 2
- 150000004032 porphyrins Chemical class 0.000 description 2
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 2
- INGWEZCOABYORO-UHFFFAOYSA-N 2-(furan-2-yl)-7-methyl-1h-1,8-naphthyridin-4-one Chemical compound N=1C2=NC(C)=CC=C2C(O)=CC=1C1=CC=CO1 INGWEZCOABYORO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- AUNGANRZJHBGPY-SCRDCRAPSA-N Riboflavin Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)CN1C=2C=C(C)C(C)=CC=2N=C2C1=NC(=O)NC2=O AUNGANRZJHBGPY-SCRDCRAPSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004847 absorption spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000036770 blood supply Effects 0.000 description 1
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 1
- 230000008822 capillary blood flow Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 108010002255 deoxyhemoglobin Proteins 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012631 diagnostic technique Methods 0.000 description 1
- 150000002211 flavins Chemical class 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 150000003222 pyridines Chemical class 0.000 description 1
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 description 1
- 230000033764 rhythmic process Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 210000004872 soft tissue Anatomy 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000000870 ultraviolet spectroscopy Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
- G01J3/10—Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
- A61B5/0082—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence adapted for particular medical purposes
- A61B5/0084—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence adapted for particular medical purposes for introduction into the body, e.g. by catheters
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/44—Detecting, measuring or recording for evaluating the integumentary system, e.g. skin, hair or nails
- A61B5/441—Skin evaluation, e.g. for skin disorder diagnosis
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
- G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
- G01J3/0208—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using focussing or collimating elements, e.g. lenses or mirrors; performing aberration correction
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
- G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
- G01J3/0218—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using optical fibers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
- G01J3/18—Generating the spectrum; Monochromators using diffraction elements, e.g. grating
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
- G01J2003/1286—Polychromator in general
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Dermatology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области медицины и медицинского приборостроения, а именно к лазерной медицинской диагностической аппаратуре, реализующей комплексные методы неинвазивной (in vivo, in situ), неразрушающей, прижизненной диагностики, контроля и/или мониторинга функционального и/или патофизиологического состояния тканей человека на основе методов лазерного спектрального анализа, спектрофотометрии рассеяния и поглощения, лазерной допплеровской флоуметрии и т.п.The invention relates to the field of medicine and medical instrumentation, namely to laser medical diagnostic equipment that implements complex non-invasive methods (in vivo, in situ), non-destructive, intravital diagnostics, control and / or monitoring of the functional and / or pathophysiological state of human tissues based on methods laser spectral analysis, spectrophotometry of scattering and absorption, laser Doppler flowmetry, etc.
Известен способ и устройство для биофотометрического контроля состояния пораженных биологических тканей (авторское свидетельство СССР 1545346, 1984 г.; авторское свидетельство СССР 1481938, 1985 г.).A known method and device for biophotometric monitoring of the state of affected biological tissues (USSR copyright certificate 1545346, 1984; USSR copyright certificate 1481938, 1985).
Известен способ и устройства для определения скорости капиллярного кровотока с использованием эффекта Допплера, а также методики оценки состояния биологических тканей на их основе (патент США 4596254, 1986 г., патент РФ 2140199,1999 г.).A known method and device for determining the speed of capillary blood flow using the Doppler effect, as well as methods for assessing the state of biological tissues based on them (US patent 4596254, 1986, RF patent 2140199.1999).
Известен способ и устройства для неинвазивной флюоресцентной диагностики злокачественных новообразований в тканях человека (патент РФ 2012243, 1994 г., патент США 5647368, 1997 г.).A known method and device for non-invasive fluorescence diagnosis of malignant neoplasms in human tissues (RF patent 2012243, 1994, US patent 5647368, 1997).
Известен способ и устройства для неинвазивного определения процентного содержания оксигемоглобина в крови человека (патент США 4714341, 1987 г.), а также устройства для определения совместно уровня объемного кровенаполнения мягких тканей и процентного содержания оксигемоглобина в крови (патент РФ 2234853, 2002 г.) на основе данных оптической абсорбционной спектроскопии.A known method and device for non-invasively determining the percentage of oxyhemoglobin in human blood (US patent 4714341, 1987), as well as a device for determining together the level of volumetric blood filling of soft tissues and the percentage of oxyhemoglobin in the blood (RF patent 2234853, 2002) on based on optical absorption spectroscopy data.
Однако все перечисленные методы и устройства имеют много недостатков. Основной и существенный недостаток всех этих методов и устройств - получение отдельных фрагментарных данных на основе одного из выбранных методов in vivo диагностики по одному из анализируемых физических явлений (флюоресценции, оптическому поглощению, эффекту Допплера и т.д.), без учета влияния всегда присутствующих при взаимодействии оптического излучения и биологической ткани и других физических явлений и факторов, что существенно снижает эффективность, достоверность и информативность проводимой диагностики с точки зрения практической медицины.However, all of the above methods and devices have many disadvantages. The main and significant drawback of all these methods and devices is the receipt of separate fragmentary data based on one of the selected in vivo diagnostic methods for one of the analyzed physical phenomena (fluorescence, optical absorption, Doppler effect, etc.), without taking into account the influence always present at the interaction of optical radiation and biological tissue and other physical phenomena and factors, which significantly reduces the efficiency, reliability and information content of the diagnostics from the point of view of practical th medicine.
Известна комплексная диагностическая система для оптического анализа живых биологических тканей (патент ЕР 1340452, кл. А61В 5/00, 2003), которая сочетает в себе не менее 3-х отдельных диагностических методов (флюоресцентную диагностику, допплеровскую флоуметрию, оптическую оксиметрию и т.п.) и анализирует данные каждого отдельного метода для формирования конечного диагностического результата.A comprehensive diagnostic system is known for the optical analysis of living biological tissues (patent EP 1340452, class AB 5/00, 2003), which combines at least 3 separate diagnostic methods (fluorescence diagnostics, Doppler flowmetry, optical oximetry, etc. .) and analyzes the data of each individual method to form the final diagnostic result.
Недостатком этой диагностической системы является упрощенное конструктивное решение, заключающееся в простом суммировании отдельных диагностических приборов, что позволяет осуществлять формирование результата диагностики только в виде заключения "положительный результат диагностики" (выявлено наличие патологии) или "отрицательный результат диагностики" (нет патологии), если по крайней мере два из диагностических методов дают основание для такого вывода. Т.е. в данном случае диагностика строится по упрощенному принципу "да-нет", что не позволяет врачу получать необходимую ему полную медико-биологическую информацию по функциональному и патофизиологическому состоянию биоткани, которую потенциально могут давать эти диагностические методы (параметры микроциркуляции крови, процентное содержание билирубина или оксигемоглобина в крови, наличие тканевых ферментов класса порфиринов, флавиновых дыхательных ферментов и др.).The disadvantage of this diagnostic system is the simplified design solution, which consists in a simple summation of individual diagnostic devices, which allows the formation of a diagnostic result only in the form of the conclusion "positive diagnostic result" (pathology is detected) or "negative diagnostic result" (no pathology), if at least two of the diagnostic methods provide the basis for such a conclusion. Those. in this case, the diagnosis is based on the simplified yes-no principle, which does not allow the doctor to obtain the necessary medical and biological information on the functional and pathophysiological state of the biological tissue, which these diagnostic methods can potentially give (parameters of blood microcirculation, percentage of bilirubin or oxyhemoglobin in the blood, the presence of tissue enzymes of the porphyrin class, flavin respiratory enzymes, etc.).
Наиболее близким к предлагаемому является диагностический комплекс для измерения медико-биологических параметров кожи и слизистых оболочек in vivo, содержащий блок источников первичного оптического излучения с разными длинами волн излучения, систему транспортировки первичного и вторичного оптического излучения к биологической ткани и обратно, выполненную в виде жгута оптических волокон с разветвленной приборной и единой рабочей частью, торцы волокон которой размещены в одной плоскости, оптико-электронную систему регистрации вторичного оптического излучения, содержащую фотоприемники с оптическими фильтрами, полихроматор с дифракционной решеткой и устройство сбора и трансляции данных в блок обработки результатов диагностики (патент РФ №2234242, кл. А61В 5/05, 2003).Closest to the proposed is a diagnostic complex for measuring biomedical parameters of the skin and mucous membranes in vivo, containing a block of primary optical radiation sources with different radiation wavelengths, a system for transporting primary and secondary optical radiation to biological tissue and vice versa, made in the form of an optical tow fibers with a branched instrument and a single working part, the ends of the fibers of which are placed in one plane, the optoelectronic registration system is secondary optical radiation containing photodetectors with optical filters, a polychromator with a diffraction grating and a device for collecting and transmitting data to the processing unit for diagnostic results (RF patent No. 2234242, class A61B 5/05, 2003).
С помощью данного устройства реализуется одновременно несколько диагностических методов (спектроскопический метод, фотометрический метод, анализ допплеровского спектра и др.).Using this device, several diagnostic methods are simultaneously implemented (spectroscopic method, photometric method, Doppler spectrum analysis, etc.).
Однако эта диагностическая система, несмотря на свои значительные диагностические возможности, по результатам ее детальной конструкторской проработки, изготовления и пробной эксплуатации в клинике оказалась не лишенной ряда существенных недостатков.However, this diagnostic system, despite its significant diagnostic capabilities, was not devoid of a number of significant drawbacks according to the results of its detailed design study, manufacture and trial operation in the clinic.
Среди обнаруженных основных недостатков можно отметить следующие.Among the identified main disadvantages, the following can be noted.
- Обязательное наличие в блоке источников излучения специального смесителя излучения, обеспечивающего сведение и ввод излучений от разных источников в одно единое оптическое волокно (объектив) системы транспортировки излучения к биоткани, которое, в свою очередь, призвано формировать одну и единую для всех используемых длин волн излучений область освещения на поверхности биоткани. Такой смеситель излучения усложняет и удорожает конструкцию, а выход его из строя сразу приводит к полной потере работоспособности всей диагностической системы в целом.- The presence in the block of radiation sources of a special radiation mixer, which ensures the mixing and input of radiation from different sources into one single optical fiber (lens) of the radiation transportation system to biological tissue, which, in turn, is designed to form one and the same for all used radiation wavelengths the area of illumination on the surface of the biological tissue. Such a radiation mixer complicates and increases the cost of the design, and its failure immediately leads to a complete loss of operability of the entire diagnostic system as a whole.
- Необходимое наличие в системе обработки сигналов двух или более одинаковых оптоэлектронных блоков, очень сложных и дорогих в изготовлении, настройке и эксплуатации. На практике добиться одинаковых технических характеристик даже для двух таких блоков из-за имеющегося технологического разброса в технических характеристиках отдельных комплектующих элементов этих блоков оказывается очень сложным, что приводит к неодинаковости их характеристик в целом и, соответственно, к возникновению ошибок в конечном диагностическом результате.- The necessary presence in the signal processing system of two or more identical optoelectronic units, which are very complex and expensive to manufacture, configure and operate. In practice, it turns out to be very difficult to achieve the same technical characteristics even for two such blocks due to the technological variation in the technical characteristics of the individual component parts of these blocks, which leads to uneven characteristics in general and, accordingly, to errors in the final diagnostic result.
- Необходимое наличие "n" быстродействующих фотоприемников в одном из спектральных оптических блоков системы обработки сигналов, общим количеством "n", равным общему количеству длин волн источников излучения.- The necessary presence of "n" high-speed photodetectors in one of the spectral optical units of the signal processing system, the total number of "n" equal to the total number of wavelengths of the radiation sources.
- Обязательное наличие сложного и многоступенчатого вычислительного алгоритма в блоке обработки результатов диагностики, который при исследовании типовых динамических процессов, например микроциркуляции крови (ритмов микроциркуляции), реализующихся в биологических тканях в частотном диапазоне 0-20 Гц и регистрируемых допплеровским методом, не позволяет проводить все вычисления в реальном масштабе времени даже на современных быстродействующих 2-ядерных персональных компьютерах. Это приводит к тому, что диагностический результат появляется с задержкой во времени, что не позволяет врачу эффективно проводить какие-либо функциональные исследования и наблюдать в динамике изменение показателей у пациента в процессе функциональных нагрузочных тестов. Кроме того, дополнительное требуемое на обработку результатов время, сверх времени проведения собственно диагностической процедуры, уменьшает общую пропускную способность диагностической системы в целом и снижает ее эффективность в практическом здравоохранении.- The mandatory presence of a complex and multi-stage computational algorithm in the processing unit of the diagnostic results, which, when studying typical dynamic processes, for example, blood microcirculation (microcirculation rhythms), realized in biological tissues in the frequency range 0-20 Hz and recorded by the Doppler method, does not allow all calculations in real time even on modern high-speed 2-core personal computers. This leads to the fact that the diagnostic result appears with a time delay, which does not allow the doctor to effectively carry out any functional studies and to observe the dynamics of the patient’s indicators during the functional load tests. In addition, the additional time required for processing the results, in addition to the time of the actual diagnostic procedure, reduces the overall throughput of the diagnostic system as a whole and reduces its effectiveness in practical healthcare.
Все это в совокупности делает диагностическую систему малоэффективной на практике, дорогой и сложной в технической реализации и эксплуатации. Кроме того, приводит к возникновению дополнительных приборных ошибок диагностики, а сам диагностический процесс на основе этой диагностической системы оказывается лишенным одного из своих важных потребительских качеств - реального масштаба времени получения конечного диагностического результата.All this together makes the diagnostic system ineffective in practice, expensive and complicated in technical implementation and operation. In addition, it leads to the appearance of additional instrumental diagnostic errors, and the diagnostic process based on this diagnostic system is deprived of one of its important consumer qualities - the real time scale for obtaining the final diagnostic result.
Задача, поставленная авторами, направлена на устранение указанных недостатков и создание более простой, дешевой и более эффективной на практике многофункциональной лазерной медицинской диагностической системы, пригодной для решения in vivo практических диагностических задач реального времени.The task posed by the authors is aimed at eliminating these shortcomings and creating a simpler, cheaper and more effective in practice multifunctional laser medical diagnostic system suitable for solving in vivo practical real-time diagnostic problems.
Эта задача решена тем, что в диагностическом комплексе для измерения медико-биологических параметров кожи и слизистых оболочек in vivo, содержащем блок источников первичного оптического излучения с разными длинами волн излучения, систему транспортировки первичного и вторичного оптического излучения к биологической ткани и обратно соответственно, выполненную в виде жгута оптических волокон с разветвленной приборной и единой рабочей частью, оптико-электронную систему регистрации вторичного оптического излучения, содержащую фотоприемники с оптическими фильтрами, полихроматор с дифракционной решеткой и устройство сбора и трансляции данных в блок обработки результатов диагностики, предложено блок источников оптического излучения снабдить синхронизатором со встроенным генератором опорных сигналов, двоичным счетчиком импульсов и преобразователем двоичного кода в позиционный, а оптико-электронную систему регистрации вторичного излучения, состоящую из трех фотоприемников, снабдить разностным блоком формирования допплеровского сигнала, полихроматор - входным линзовым ахроматическим коллиматором и выполнить с вогнутой дифракционной решеткой. При этом систему транспортировки оптического излучения выполнить с 9 оптическими волокнами, торцы рабочей части 8 из которых разместить на равном расстоянии друг от друга по окружности вокруг центрального волокна. Входы источников излучения подключить к выходам синхронизатора с позиционным кодом, выход двоичного кода которого соединить с входом устройства сбора и трансляции данных оптико-электронной системы регистрации вторичного оптического излучения, а источники излучения подключить к оптическим волокнам, размещенным на окружности. Причем одно из волокон системы транспортировки излучения соединить с постоянно включенным источником излучения, по два смежных с ним с каждой стороны волокна соединены с источниками излучения, включающимися поочередно, каждое из волокон примыкающих к последним с обеих сторон соединить с двумя фотоприемниками, выходы которых соединить с разностным блоком формирования допплеровского сигнала, а оптическое волокно, диаметрально противоположное волокну, соединенному с постоянно включенным источником излучения, соединить с третьим фотоприемником, центральное волокно подключить к ахроматическому коллиматору полихроматора.This problem is solved in that in the diagnostic complex for measuring the biomedical parameters of the skin and mucous membranes in vivo, containing a block of primary optical radiation sources with different radiation wavelengths, a system for transporting primary and secondary optical radiation to biological tissue and vice versa, made in in the form of a bundle of optical fibers with a branched instrument and a single working part, an optoelectronic system for recording secondary optical radiation containing photodetectors ki with optical filters, a polychromator with a diffraction grating and a device for collecting and transmitting data to the processing unit for the diagnosis results, it is proposed that the block of optical radiation sources be equipped with a synchronizer with a built-in reference signal generator, a binary pulse counter and a binary code to position converter, and an optical-electronic registration system secondary radiation, consisting of three photodetectors, to provide a differential block for the formation of the Doppler signal, polychromator - input lens m achromatic collimator and perform with a concave diffraction grating. In this case, the optical radiation transportation system should be implemented with 9 optical fibers, the ends of the working part 8 of which should be placed at an equal distance from each other in a circle around the central fiber. The inputs of the radiation sources are connected to the outputs of the synchronizer with a positional code, the binary code of which is connected to the input of the data acquisition and transmission device of the optoelectronic system for recording secondary optical radiation, and the radiation sources are connected to optical fibers placed on a circle. Moreover, one of the fibers of the radiation transportation system is connected to a permanently switched on source of radiation, two fibers adjacent to it on each side are connected to radiation sources that are switched on alternately, each of the fibers adjacent to the last on both sides is connected to two photodetectors, the outputs of which are connected to a difference block the formation of the Doppler signal, and an optical fiber diametrically opposite to the fiber connected to a continuously switched on source of radiation, connected to the third photoconductor iemnikom, central achromatic fiber collimator connected to the polychromator.
Кроме того, предложено, чтобы фильтры двух фотоприемников, выходы которых соединены с разностным блоком формирования допплеровского сигнала, пропускали излучение только на длине волны источника излучения, работающего непрерывно, а для третьего фотоприемника - все другие длины волн других источников излучения блока источников.In addition, it was proposed that the filters of two photodetectors, the outputs of which are connected to a difference block for generating a Doppler signal, transmit radiation only at the wavelength of a radiation source operating continuously, and for the third photodetector, all other wavelengths of other radiation sources of the source block.
Предложено выполнение разностного блока схемы формирования допплеровского сигнала, при котором он содержит 2 фильтра переменного сигнала, два делителя напряжения и схему формирования разности двух сигналов, при этом выходы фотоприемников, соединеных с разностным блоком формирования допплеровского сигнала, подключены к соответствующему фильтру переменного сигнала и к "X" входу делителя напряжения, к другому "Y" входу которого подключен выход этого же фильтра переменного сигнала, а выходы делителей, каждый из которых формирует отношение Z=Y/X, подсоединены далее к входам схемы формирования разности двух сигналов.The implementation of a difference block of the Doppler signal generating circuit is proposed, in which it contains 2 AC signal filters, two voltage dividers and a difference circuit of two signals, while the outputs of the photodetectors connected to the difference Doppler signal generating block are connected to the corresponding variable signal filter and X "the input of the voltage divider, to the other" Y "input of which the output of the same AC signal filter is connected, and the outputs of the dividers, each of which forms the ratio Z = Y / X, connected further to the inputs of the circuit for generating the difference of two signals.
Предложено оптическое волокно системы транспортировки излучения соединить с источником излучения, работающим непрерывно, а также сам этот источник выполнить одномодовыми.It is proposed to connect the optical fiber of the radiation transportation system with a radiation source operating continuously, as well as to perform this mode single-mode.
Дополнительно предложено оптические волокна системы транспортировки излучения выполнить с напыленным на их оболочку металлизированным покрытием толщиной 1-100 мкм.In addition, it is proposed that the optical fibers of the radiation transportation system be performed with a metallized coating 1-100 μm thick sprayed onto their shell.
На фиг.1 показана схема многофукционального диагностического комплекса, на фиг.2 - схема синхронизатора работы источников излучения; на фиг.3 - схема размещения волокон в рабочей части системы транспортировки излучения; на фиг.4 - электронная схема разностного блока формирования допплеровского сигнала.Figure 1 shows a diagram of a multifunctional diagnostic complex, figure 2 is a diagram of the synchronizer of the operation of radiation sources; figure 3 - layout of the fibers in the working part of the radiation transport system; figure 4 is an electronic circuit of a difference block for the formation of the Doppler signal.
Диагностический комплекс (фиг.1) состоит из блока источников первичного (зондирующего) оптического излучения 1, системы транспортировки 2 первичного и вторичного оптического излучения к биологической ткани 3 и обратно, оптико-электронной системы регистрации вторичного оптического излучения 4 и блока обработки результатов диагностики 5.The diagnostic complex (Fig. 1) consists of a block of sources of primary (probe) optical radiation 1, a transportation system 2 of primary and secondary optical radiation to biological tissue 3 and vice versa, an optoelectronic system for recording secondary optical radiation 4, and a diagnostic processing unit 5.
Блок источников первичного оптического излучения 1 содержит синхронизатор работы источников излучения 6, собственно отдельные, например, лазерные источники излучения на разные длины волн 7.1, 7.2...7.n, где 2<n<6, а также стандартные оптические фокусирующие объективы 8.1, 8.2...8.n (2<n<6) для каждого источника с оптическими разъемами для подключения к ним внешнего оптического волокна. При этом синхронизатор 6 работы источников излучения выполнен по схеме (фиг.2) со встроенным стандартным внутренним генератором опорных сигналов 9, имеющим выходы постоянного сигнала 9а и сигнала опорной частоты >20 Гц 9б, двоичным счетчиком 10 с коэффициентом счета n+1, где n - количество отдельных источников излучения в блоке источников 1, а также преобразователем двоичного кода в позиционный 11. Функционально синхронизатор 6 предназначен для включения источников излучения в смешанном режиме излучения так, что один из источников излучения, своим входом подключенный к позиционному выходу синхронизатора, соединенному с выходом постоянного сигнала 9а генератора сигналов 9, оказывается работающим постоянно, а остальные источники излучения работают поочередно, а также для формирования двоичного кода номера работающего в каждый момент времени источника излучения и передачи его далее в оптико-электронную систему регистрации вторичного оптического излучения 4. Для этого синхронизатор 6 имеет соответствующий дополнительный выход двоичного кода, соединенный с выходом сигналов двоичного счетчика.The block of primary optical radiation sources 1 contains a synchronizer for the operation of
Выбор конкретных рабочих длин волн излучений, определяется задачей спектрофотометрии по выявлению наличия или отсутствия в биологической ткани тех или иных оптических поглотителей света (меланина в коже, окси- и дезоксигемоглобина в крови и т.д.). В общем случае, для определения N оптически активных поглотителей внутри ткани, как правило, требуется N+1 спектральный оптический диапазон. Кроме того, минимум один спектральный диапазон (одна длина волны) необходим для реализации метода лазерной допплеровской флоуметрии и минимум 3 длины волны необходимы для регистрации наиболее важных флюорофоров биологических тканей по их характерным спектрам флюоресценции (фосфоресценции) методом лазерной флюоресцентной спектроскопии (пиридиннуклеотидов, флавинов и порфиринов). Поскольку часть длин волн излучений (спектральных диапазонов) может использоваться одновременно для двух или более задач в предлагаемом варианте диагностического комплекса (совместно, например, для задач спектрофотометрии и флюоресцентной спектроскопии), минимально необходимым количеством излучателей можно считать - n=3, а вполне достаточным для большинства практических медицинских приложений n=5.The choice of specific working wavelengths of radiation is determined by the task of spectrophotometry to detect the presence or absence in the biological tissue of various optical light absorbers (melanin in the skin, hydroxy- and deoxyhemoglobin in the blood, etc.). In the General case, to determine the N optically active absorbers within the tissue, as a rule, N + 1 spectral optical range is required. In addition, at least one spectral range (one wavelength) is required to implement the laser Doppler flowmetry method and a minimum of 3 wavelengths is necessary for recording the most important fluorophores of biological tissues by their characteristic fluorescence (phosphorescence) spectra by laser fluorescence spectroscopy (pyridine nucleotides, flavins and porphyrins ) Since part of the radiation wavelengths (spectral ranges) can be used simultaneously for two or more problems in the proposed version of the diagnostic complex (together, for example, for spectrophotometry and fluorescence spectroscopy), the minimum number of emitters can be considered - n = 3, but quite sufficient for most practical medical applications n = 5.
Например, блок источников излучения в предлагаемой конструкции диагностического комплекса может содержать n=3 лазерных источника излучения на длины волн 350 нм, 532 нм и 632 нм, с постоянно работающим источником на 632 нм, что позволяет реализовать методики лазерной допплеровской флоуметрии, флюоресцентной диагностики и оптической тканевой оксиметрии (определение процентного содержания в крови фракции оксигемоглобина). Расширенный вариант с n=5 и длинами волн источников излучения 350 нм, 405 нм, 532 нм, 632 нм и 805 нм, с постоянно работающим источником на 805 нм, позволяет дополнительно определять наличие в тканях липофусцина, меланина, общее объемное кровенаполнение тканей и т.д. Как дополнительный вариант, улучшающий помехоустойчивость и эксплуатационные качества конструкции в целом, предлагается использовать в качестве источника излучения, работающего непрерывно, высокодобротный одномодовый лазер.For example, the block of radiation sources in the proposed design of the diagnostic complex may contain n = 3 laser radiation sources at wavelengths of 350 nm, 532 nm and 632 nm, with a constantly working source at 632 nm, which allows the implementation of laser Doppler flowmetry, fluorescence diagnostics and optical tissue oximetry (determination of the percentage of blood oxyhemoglobin fraction). An extended version with n = 5 and wavelengths of radiation sources of 350 nm, 405 nm, 532 nm, 632 nm and 805 nm, with a constantly working source at 805 nm, allows one to additionally determine the presence of lipofuscin, melanin in the tissues, the total volumetric blood supply of tissues, and t .d. As an additional option that improves the noise immunity and performance of the structure as a whole, it is proposed to use a high-quality single-mode laser as a radiation source operating continuously.
Система транспортировки 2 первичного и вторичного оптического излучения к биологической ткани и обратно выполнена в виде жгута из девяти отдельных оптических волокон с разветвленной приборной частью 2а и единой рабочей частью 2б, обращенной к исследуемой биологической ткани 3. При этом в конце приборной части каждое отдельное волокно, выделенное из общего жгута, подключается с помощью стандартных оптических разъемов, например типа "SMA-705" или "FC", к входам и выходам отдельных элементов блоков 1 и 4 диагностического комплекса, как показано на фиг.1, в том числе и к выходам отдельных источников излучения, что принципиально отличает конструкцию этого узла от прототипа и снимает необходимость размещения в блоке источников излучения специального смесителя излучения. А в конце рабочей части, обращенной к биологической ткани, оптические волокна своими торцами размещены и закреплены в едином жгуте в одной плоскости так, как показано на фиг.3. 8 волокон 2.1...2.8 размещены на равном расстоянии друг от друга по окружности диаметром 1-2 мм в определенном порядке, вокруг одного центрального волокна 2.9. С каждой стороны волокна 2.3 размещены по два смежных с ним волокна 2.1, 2.2 и 2.4, 2.5, к последним с обеих сторон примыкают волокна 2.6, 2.8, волокно 2,7 размещено на окружности диаметрально противоположно волокну 2.3. Причем волокно 2.3 соединено с постоянно включенным источником излучения, волокна 2.1, 2.2 и 2.4, 2.5 соединены с источниками излучения, включающимися поочередно 7.2...7.n.The transportation system 2 of the primary and secondary optical radiation to the biological tissue and vice versa is made in the form of a bundle of nine separate optical fibers with a branched instrument part 2a and a single working part 2b facing the biological tissue under study 3. Moreover, at the end of the instrument part, each individual fiber isolated from the common harness, connected using standard optical connectors, for example, type "SMA-705" or "FC", to the inputs and outputs of the individual elements of blocks 1 and 4 of the diagnostic complex, as shown in ig.1, including the outputs of the individual light sources that distinguishes the design of this unit from the prototype, and eliminates the need for placement in a special source of radiation emission unit of the mixer. And at the end of the working part, facing the biological tissue, the optical fibers with their ends are placed and fixed in a single bundle in the same plane as shown in Fig.3. 8 fibers 2.1 ... 2.8 are placed at an equal distance from each other around a circle with a diameter of 1-2 mm in a certain order, around one central fiber 2.9. Two adjacent fibers 2.1, 2.2 and 2.4, 2.5, are placed on each side of fiber 2.3, fibers 2.6, 2.8 are adjacent to the latter on both sides, fiber 2.7 is placed on a circle diametrically opposite to fiber 2.3. Moreover, fiber 2.3 is connected to a constantly switched on source of radiation, fibers 2.1, 2.2 and 2.4, 2.5 are connected to radiation sources that are switched on alternately 7.2 ... 7.n.
Волокна 2.1...2.5 реализуют доставку первичного излучения к биологической ткани. Волокна 2.6...2,8 и 2,9 предназначены для транспортировки вторичного оптического излучения от биологической ткани к системе регистрации вторичного излучения 4.Fibers 2.1 ... 2.5 realize the delivery of primary radiation to biological tissue. Fibers 2.6 ... 2.8 and 2.9 are designed to transport secondary optical radiation from biological tissue to the secondary radiation registration system 4.
Такое расположение и функциональное назначение волокон позволяет иметь как одинаковые, например 2.3-2.6 и 2.3-2.8, так и разные, например 2.3-2.7 и 2.5-2.7, расстояния между областью освещения биологической ткани первичным оптическим излучением и местом сбора с нее вторичного оптического излучения, что позволяет более точно и в реальном времени реализовать далее метод регистрации и выделения допплеровских сигналов, а также оставляет возможность полностью реализовывать все алгоритмы вычислений для других диагностических методов и каналов.This arrangement and functional purpose of the fibers makes it possible to have both the same, for example 2.3-2.6 and 2.3-2.8, and different, for example 2.3-2.7 and 2.5-2.7, distances between the illumination area of biological tissue with primary optical radiation and the place of collection of secondary optical radiation from it that allows more accurately and in real time to further implement the method of registration and separation of Doppler signals, and also leaves the possibility to fully implement all the calculation algorithms for other diagnostic methods and channels.
Как дополнительный вариант, улучшающий помехоустойчивость и эксплуатационные качества конструкции в целом, предлагается использовать в качестве оптического волокна 2.3, передающего излучение от источника излучения, работающего непрерывно, одномодовое оптическое волокно.As an additional option that improves the noise immunity and performance of the structure as a whole, it is proposed to use single-mode optical fiber as an optical fiber 2.3, transmitting radiation from a radiation source operating continuously.
Также в качестве дополнительного варианта, улучшающего помехоустойчивость системы транспортировки излучения, предлагается использовать оптические волокна с напыленным на их оболочку тонким металлизированным покрытием, толщиной 1-100 мкм, исключающим оптическую кросзасветку в системе.It is also proposed to use optical fibers with a thin metallized coating sprayed on their shell with a thickness of 1-100 μm, which excludes optical cross-illumination in the system, as an additional option that improves the noise immunity of the radiation transportation system.
Оптико-электронная система регистрации вторичного оптического излучения 4 содержит в своем составе полихроматор 12, выполненный на основе вогнутой дифракционной решетки (совмещающей в себе функции вогнутого сферического зеркала и дифракционной решетки), который в связи с этим дополнительно снабжен входным линзовым ахроматическим коллиматором 13 для сопряжения оптического волокна с оптической схемой полихроматора, усилитель-формирователь сигналов с полихроматора 14, обеспечивающий формирование сигналов в виде функциональной зависимости "амплитуда - длина волны" для методик лазерной оптической спектроскопии и флюоресцентной диагностики, три отдельных фотоприемника 15.1-15.3, например три кремневых фотодиода с соответствующими фильтрами и оптическими разъемами 16.1-16.3 для подключения волокон от системы транспортировки вторичного оптического излучения 2 от биологической ткани, усилитель-формирователь сигналов спектрофотометрического метода диагностики 17, разностный блок формирования допплеровского сигнала 18 и устройство сбора и трансляции данных 19 в блок обработки результатов диагностики 5. При этом к входу фотоприемника, соединенного с усилителем-формирователем сигналов спектрофотометрического метода диагностики 17, подключается оптическое волокно, размещенное в рабочей части системы транспортировки 2 2.7, к входам двух фотоприемников, соединенных с разностным блоком 18, подключаются волокна 2.8 и 2.6 (фиг.3), а к входу ахроматического коллиматора полихроматора 13 - оптическое волокно, расположенное в центре жгута 2.9. Устройство сбора и трансляции данных 19 представляет собой стандартное микропроцессорное устройство, позволяющее собирать и накапливать аналоговые электрические данные с блоков 14, 17, 18, переводить их в цифровую форму, формировать кодовые посылки с привязкой к данным от синхронизатора 6 блока источников излучения и т.д., а также передавать их в формате компьютерных сигналов по стандартным шинам интерфейса (СОМ-порт, USB-порт и др.) в блок обработки результатов диагностики 5.The optoelectronic registration system for secondary optical radiation 4 contains a polychromator 12, made on the basis of a concave diffraction grating (combining the functions of a concave spherical mirror and a diffraction grating), which in this connection is additionally equipped with an input lens achromatic collimator 13 for pairing the optical fiber with an optical polychromator circuit, an amplifier-driver of signals from a polychromator 14, which provides the formation of signals in the form of a functional dependent ty “amplitude - wavelength” for laser optical spectroscopy and fluorescence diagnostic techniques, three separate photodetectors 15.1-15.3, for example three silicon photodiodes with appropriate filters and optical connectors 16.1-16.3 for connecting fibers from the secondary optical radiation transportation system 2 from biological tissue, amplifier-driver of signals of the spectrophotometric diagnostic method 17, a differential block for generating a
Сам блок обработки результатов диагностики 5 представляет собой стандартный персональный компьютер или любой специализированный компьютер с соответствующим программным обеспечением.The block for processing the results of diagnostics 5 is a standard personal computer or any specialized computer with appropriate software.
В качестве варианта конструкции разностного блока формирования допплеровского сигнала 18 использована электронная схема (фиг.4), содержащая 2 фильтра переменного сигнала 20.1 и 20.2, выделяющие сигналы в полосе допплеровского сдвига частот на движущихся форменных элементах крови (100 Гц - 20 кГц), два делителя напряжения 21.1 и 21.2 и собственно схему формирования разности двух сигналов 22. При этом выход каждого из двух фотоприемников 15.2 и 15.3, подключенных к ее входу, внутри нее подключен сначала к соответствующему фильтру переменного сигнала 20 и одновременно к "X" входу делителя напряжения 21, к другому "Y" входу которого подключен выход этого же фильтра переменного сигнала, а выходы делителей, каждый из которых формирует отношение Z=Y/X, подсоединены уже далее ко входам схемы формирования разности двух сигналов 22. Это позволяет, в отличие от прототипа, часть функций по формированию и обработке наиболее сложного допплеровского сигнала возложить на аппаратные средства устройства, существенно освобождая вычислительные ресурсы блока 5 для более высокоуровневой обработки данных, т.е. это конструктивное решение позволяет экономить время на вычислениях, увеличивает быстродействие всей системы в целом и придает ей, в отличие от прототипа, свойства системы реального времени.As an embodiment of the construction of the differential block for generating the
Как дополнительный вариант выполнения оптико-электронной системы регистрации вторичного оптического излучения 4, улучшающий помехоустойчивость и эксплуатационные качества конструкции в целом, предлагается вариант конструкции, когда перед каждым из 3-х отдельных фотоприемников оптико-электронной системы регистрации вторичного оптического излучения устанавливаются такие оптические фильтры 16.1-16.3 с оптическими разъемами, которые пропускают излучение для двух фотоприемников 15.2-15.3, соединенных с разностным блоком 18 формирования допплеровского сигнала, только на длине волны источника излучения, работающего непрерывно, а для третьего фотоприемника 15.1 - все другие длины волн, других источников излучения блока источников 1, кроме длины волны источника, работающего непрерывно.As an additional embodiment of the optoelectronic system for recording secondary optical radiation 4, which improves the noise immunity and operational performance of the structure as a whole, a design option is proposed when such optical filters 16.1- are installed in front of each of the 3 separate photodetectors of the optoelectronic system for recording secondary optical radiation. 16.3 with optical connectors that transmit radiation for two photodetectors 15.2-15.3 connected to a
Диагностический комплекс в такой конфигурации в целом работает следующим образом.The diagnostic complex in this configuration as a whole works as follows.
Синхронизатор 6 включает источники 7 в режиме, когда один источник работает непрерывно, а остальные - поочередно, и формирует двоичный код работающего в каждый момент времени источника излучения, передавая его в устройство сбора и трансляции данных 19. Излучение источников через систему транспортировки 2 поступает к биологической ткани 3, а вторичное излучение от биологической ткани - в оптико-электронную систему регистрации вторичного оптического излучения 4.The
Для формирования данных для метода спектроскопии и лазерной флюоресцентной диагностики часть зарегистрированного вторичного излучения поступает через ахроматический коллиматор 13, формирующий от оптического волокна 2.9 параллельный пучок света, в полихроматор 12, где вогнутой дифракционной решеткой разлагается в спектр и весь спектр далее регистрируется стандартным образом линейкой фотоприемников на основе, например, ПЗС-структур. Электрические сигналы с ПЗС-фотоприемника затем усиливаются блоком 14, фильтруются и с привязкой зарегистрированной плотности мощности излучения к длине волны света в диапазоне 300-1000 нм передаются в устройство 19.To generate data for the spectroscopy method and laser fluorescence diagnostics, part of the recorded secondary radiation enters through an achromatic collimator 13, which forms a parallel light beam from optical fiber 2.9, into a polychromator 12, where it is decomposed into a spectrum by a concave diffraction grating and the whole spectrum is then recorded in a standard way using a photodetector array based, for example, CCD structures. The electrical signals from the CCD photodetector are then amplified by block 14, filtered, and transmitted to the device 19 with reference to the registered radiation power density to the light wavelength in the range 300-1000 nm.
Данные для метода абсорбционной спектрофотометрии и спектрофотометрии рассеяния формируются с помощью оптического волокна 2.7, фотоприемника 15.1 и блока 17. При этом для трех разных источников излучения, с разными длинами волн первичного (зондирующего) излучения, подключенных к оптическим волокнам 2.1-2.3 (или 2.3-2.5), регистрация вторичного оптического излучения от биоткани оптическим волокном 2.7 будет происходить на разных расстояниях от точки освещения биоткани, что полностью позволяет аппаратно реализовать метод спектрофотометрии в части определения всех рассеивающих и поглощающих свойств биоткани, но более простыми аппаратными средствами, чем заложены в прототип, а также и все вычислительные алгоритмы, заложенные в прототип по этому методу. Причем поочередная работа всех источников излучения, за исключением одного, с одним пустым циклом, когда все они оказываются выключенными, позволяет для регистрации вторичного оптического излучения от биоткани в этом методе использовать лишь один фотоприемник.The data for the absorption spectrophotometry and scattering spectrophotometry methods are generated using an optical fiber 2.7, a photodetector 15.1 and block 17. Moreover, for three different radiation sources, with different wavelengths of the primary (probing) radiation connected to the optical fibers 2.1-2.3 (or 2.3- 2.5), the registration of secondary optical radiation from biological tissue by optical fiber 2.7 will occur at different distances from the point of illumination of biological tissue, which fully allows the hardware to implement the spectrophotometry method in part EFINITIONS all scattering and absorption properties of the biological tissue, but simpler hardware than incorporated in the prototype, as well as all the computing algorithms built into the prototype for this method. Moreover, the sequential operation of all radiation sources, with the exception of one, with one empty cycle, when all of them turn off, allows for the registration of secondary optical radiation from biological tissue in this method to use only one photodetector.
Сигнал допплеровского спектра (метод лазерной допплеровской флоуметрии) в предлагаемой конструкции диагностического комплекса непрерывно и аппаратно регистрируется (формируется) при непрерывной работе одного из источников излучения с помощью приемных оптических волокон 2.6 и 2.8, фотоприемников 15.2-15.3 и разностного блока 18. Одинаковые расстояния приемных волокон 2.6 и 2.8 от оптического волокна 2.3 с первичным зондирующим излучением позволяют сразу разностным методом аппаратно выделять несинхронные колебания в сигналах, вызванные рассеянием света на подвижных элементах среды (форменных элементах крови) и допплеровским сдвигом первичного спектра излучения. Окончательный сбор, формирование и перевод сигналов с привязкой к длинам волн работающих источников излучения в форму стандартных компьютерных сигналов осуществляется в устройстве 19 системы 4. Использование в качестве устройства 19 современных стандартных микропроцессорных контроллеров позволяет формировать практически любые компьютерные сигналы, в том числе и для протокола обмена данными через стандартный порт "USB", что еще более увеличивает быстродействие и пропускную способность всей системы в целом.The signal of the Doppler spectrum (laser Doppler flowmetry method) in the proposed design of the diagnostic complex is continuously and hardware-recorded (generated) during continuous operation of one of the radiation sources using receiving optical fibers 2.6 and 2.8, photodetectors 15.2-15.3 and
Окончательная обработка данных в форме компьютерных сигналов происходит в блоке обработки результатов диагностики 5 по известным программам и алгоритмам, аналогичным описанным в патентах на аналоги изобретения (например, патент RU 2234853) или в патенте на прототип. Эти программы и алгоритмы в целом известны и не являются предметом данного изобретения.The final processing of data in the form of computer signals occurs in the processing unit for diagnostic results 5 using known programs and algorithms similar to those described in patents for analogues of the invention (for example, patent RU 2234853) or in the patent for the prototype. These programs and algorithms are generally known and are not the subject of this invention.
Такая идеология и конструкция диагностического комплекса позволяет создать многофункциональную in vivo диагностическую систему реального времени, причем существенно более простыми аппаратными средствами и с гораздо большей помехоустойчивостью, чем это выполнено в прототипе устройства. Эта конструкция, как описано выше, устраняет все конструктивные недостатки прототипа, более надежна в работе, обладает более высокой точностью при диагностике и пригодна для решения практических задач медицины.This ideology and design of the diagnostic complex allows you to create a multifunctional in vivo real-time diagnostic system, with significantly simpler hardware and much more noise immunity than is done in the prototype device. This design, as described above, eliminates all the design flaws of the prototype, more reliable in operation, has higher accuracy in diagnosis and is suitable for solving practical problems of medicine.
Claims (5)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007117381/14A RU2337608C1 (en) | 2007-05-11 | 2007-05-11 | Diagnostic complex for measurement of medicobiological parameters of skin and mucosas in vivo |
PCT/RU2008/000275 WO2008140355A1 (en) | 2007-05-11 | 2008-05-05 | Diagnosis complex for measuring 'in vivo' medico-biological parameters of the skin and mucosal tunics |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007117381/14A RU2337608C1 (en) | 2007-05-11 | 2007-05-11 | Diagnostic complex for measurement of medicobiological parameters of skin and mucosas in vivo |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2337608C1 true RU2337608C1 (en) | 2008-11-10 |
Family
ID=40002432
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007117381/14A RU2337608C1 (en) | 2007-05-11 | 2007-05-11 | Diagnostic complex for measurement of medicobiological parameters of skin and mucosas in vivo |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2337608C1 (en) |
WO (1) | WO2008140355A1 (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2503407C2 (en) * | 2011-12-22 | 2014-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет-учебно-научно-производственный комплекс" (ФГБОУ ВПО "Госуниверситет-УНПК") | Device for diagnosing functional state of peripheral vessels |
RU2511262C2 (en) * | 2012-05-29 | 2014-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр медицинских и промышленных биотехнологий Спектролюкс" | Method for monitoring of treatment of disease involving fluorescence diagnostics of disease, and device for implementing it |
RU2528087C1 (en) * | 2013-01-10 | 2014-09-10 | Белорусский государственный университет | Device for measuring haemoglobin concentration and degree of blood oxygenation in mucous membranes |
RU2663938C1 (en) * | 2017-05-25 | 2018-08-13 | Общество с ограниченной ответственностью "БИОФОТОНИКА" | Device for optical diagnostics of blood supply and life support of bio-tissues |
RU186082U1 (en) * | 2018-06-22 | 2018-12-28 | Анатолий Константинович Дементьев | Device for studying the reflective ability of the skin |
RU2713818C1 (en) * | 2019-03-26 | 2020-02-07 | Частное учреждение образовательная организация высшего образования "Медицинский университет "Реавиз" | Method for prediction of ineffectiveness of antibacterial therapy following secondary surgical treatment of infected shin wounds in middle-aged people |
RU2777514C1 (en) * | 2021-10-27 | 2022-08-05 | Государственное бюджетное учреждение здравоохранения Московской области "Московский областной научно-исследовательский клинический институт им. М.Ф. Владимирского" (ГБУЗ МО МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского) | Device for metrological monitoring of the state of optical flowmetry devices |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5699797A (en) * | 1992-10-05 | 1997-12-23 | Dynamics Imaging, Inc. | Method of investigation of microcirculation functional dynamics of physiological liquids in skin and apparatus for its realization |
RU2040912C1 (en) * | 1993-01-05 | 1995-08-09 | Научно-инженерный центр биомедицинской радиоэлектроники института радиотехники и электроники РАН | Optical method and device for determining blood oxygenation |
US6032070A (en) * | 1995-06-07 | 2000-02-29 | University Of Arkansas | Method and apparatus for detecting electro-magnetic reflection from biological tissue |
RU2234242C2 (en) * | 2002-03-19 | 2004-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт "Полюс" | Method for determining biological tissue condition |
-
2007
- 2007-05-11 RU RU2007117381/14A patent/RU2337608C1/en active
-
2008
- 2008-05-05 WO PCT/RU2008/000275 patent/WO2008140355A1/en active Application Filing
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Диагностика перфузии и транспорта кислорода в микроциркуляторном звене кровообращения. Лабораторный анализатор микроциркуляции крови ЛАКК-02, 07.01.2007, http://lazma.ru/rus/catalog/prod.php?pid=10. * |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2503407C2 (en) * | 2011-12-22 | 2014-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет-учебно-научно-производственный комплекс" (ФГБОУ ВПО "Госуниверситет-УНПК") | Device for diagnosing functional state of peripheral vessels |
RU2511262C2 (en) * | 2012-05-29 | 2014-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр медицинских и промышленных биотехнологий Спектролюкс" | Method for monitoring of treatment of disease involving fluorescence diagnostics of disease, and device for implementing it |
RU2528087C1 (en) * | 2013-01-10 | 2014-09-10 | Белорусский государственный университет | Device for measuring haemoglobin concentration and degree of blood oxygenation in mucous membranes |
RU2663938C1 (en) * | 2017-05-25 | 2018-08-13 | Общество с ограниченной ответственностью "БИОФОТОНИКА" | Device for optical diagnostics of blood supply and life support of bio-tissues |
RU186082U1 (en) * | 2018-06-22 | 2018-12-28 | Анатолий Константинович Дементьев | Device for studying the reflective ability of the skin |
RU2713818C1 (en) * | 2019-03-26 | 2020-02-07 | Частное учреждение образовательная организация высшего образования "Медицинский университет "Реавиз" | Method for prediction of ineffectiveness of antibacterial therapy following secondary surgical treatment of infected shin wounds in middle-aged people |
RU2777514C1 (en) * | 2021-10-27 | 2022-08-05 | Государственное бюджетное учреждение здравоохранения Московской области "Московский областной научно-исследовательский клинический институт им. М.Ф. Владимирского" (ГБУЗ МО МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского) | Device for metrological monitoring of the state of optical flowmetry devices |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2008140355A1 (en) | 2008-11-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2337608C1 (en) | Diagnostic complex for measurement of medicobiological parameters of skin and mucosas in vivo | |
RU2478197C2 (en) | Apparatus for non-invasive determination of chemical components of blood (versions) | |
US6795195B1 (en) | System and method for tomographic imaging of dynamic properties of a scattering medium | |
US5277181A (en) | Noninvasive measurement of hematocrit and hemoglobin content by differential optical analysis | |
JP2013533769A (en) | Apparatus and method for identifying and monitoring components or characteristics of a measurement medium, in particular physiological blood values | |
US9480423B2 (en) | Diagnostic measuring apparatus with integrated spectrometer | |
US11690513B2 (en) | Methods and system for multi-channel bio-optical sensing | |
CN108095704B (en) | Single-light-source dual-band OCT imaging system | |
JP2017508496A (en) | Near infrared and diffusion correlation spectroscopy devices and methods | |
WO2006040841A1 (en) | Instrument for noninvasively measuring blood sugar level | |
RU2234242C2 (en) | Method for determining biological tissue condition | |
CN101849821A (en) | Optical fiber near-infrared spectrometer | |
Althobaiti et al. | Recent developments in instrumentation of functional near-infrared spectroscopy systems | |
CA2384822C (en) | System and method for tomographic imaging of dynamic properties of a scattering medium | |
JP2011512511A (en) | Optical device components | |
CN102599888A (en) | Optical topology imaging system and method on basis of digital phase locking detection technology | |
CN101564290B (en) | Optical multi-parameter physiology monitoring instrument | |
CN101933809A (en) | Multiband reflection spectrum noninvasive blood component measuring device and method | |
US8107059B2 (en) | Non-invasive probe for measuring body components and a non-invasive body component measurement system including the non-invasive probe | |
RU2636880C1 (en) | Device for noninvasive measurement of blood microscirculation flow | |
US20040001662A1 (en) | Method of and apparatus for measuring oscillatory motion | |
Cortese et al. | LUCA device: a multi-wavelength time-resolved spectroscopy and diffuse correlation spectroscopy device with an integrated clinical ultrasound module/probe | |
RU101345U1 (en) | DEVICE FOR DETERMINATION OF MEDICAL AND BIOLOGICAL PARAMETERS OF SKIN AND Mucous membranes IN VIVO | |
RU2503407C2 (en) | Device for diagnosing functional state of peripheral vessels | |
RU2663938C1 (en) | Device for optical diagnostics of blood supply and life support of bio-tissues |