BG2040U1

BG2040U1 - Прибор за спектрална диагностика на кожни туморни заболявания

Info

Publication number: BG2040U1
Application number: BG002879U
Authority: BG
Inventors: Екатерина Борисова; Лъчезар Аврамов; Андрей Андреев
Original assignee: Екатерина Борисова; Лъчезар Аврамов; Андрей Андреев
Priority date: 2014-10-22
Filing date: 2014-10-22
Publication date: 2015-04-30

Abstract

Приборът намира приложение в медицината за ранна диагностика на кожни туморни заболявания чрез оптична биопсия - детекция и анализ на промените в оптичните характеристики на тъканите при развитие на патологични процеси. Приборът работи с няколко дължини на вълната на възбуждане, поради което се получават данни за флуоресцентните и отражателните спектрални характеристики на по-широк диапазон туморни образувания с висока диагностична точност. Приборът включва персонален компютър (1), съдържащ блок за обработка и визуализация (2), блок за управление (3), свързан посредством USB кабел (4) с USB куплунг (5), чийто информационни изводи са свързани с информационните USB изводи на спектрометър (6). Оптичният вход на спектрометъра (6) е свързан с единия край на приемен оптичен световод (11), а потребителският му вход - със стартов бутон (12), като потребителските изходи са свързани с управляващите входове на мултиплексор (1 О), свързан със зумер (13) и светлинни източници (14), един от които излъчва в широката част от спектъра, а останалите в различни тесни спектрални области за възбуждане на определени тъканни флуорофори. Всеки от светлинните източници (14) е свързан оптически с единия край на собствен излъчвателен световод (15), вторият край на който е свързан механически успоредно с втория край на приемния световод (11) така, че изследвана повърхност да съвпада с осветяваната от излъчващите световоди (15). 2 претенции, 5 фигури

Description

Област на техниката

Приборът намира приложение в медицината за ранна диагностика на кожни туморни заболявания.

Един от перспективните начини за ранна диагностика на туморните заболявания е чрез т.нар. оптична биопсия, която се основава на детекция и анализ на промените в оптичните характеристики на тъканите при развитие на патологични процеси. Използваните за целта устройства извършват оптично облъчване в определени спектрални области и в зависимост от анализа на оптичната реакция изработват съответна диагноза.

Предшестващо състояние на техниката

Известен е прибор за оптична биопсия /1/, включващ UV лазерен излъчвател, излъчвателен и приемен световод, спектрометър и персонален компютър (PC). Приборът дава диагностична информация за кожни туморни заболявания чрез детектиране на флуоресценцията на аминокиселините тирозин и триптофан в човешката кожа по метода на ендогенната флуоресцентна спектроскопия.

Недостатък на прибора е ограниченото приложение, тъй като могат да се детектират само изменения в спектъра на епидермиса на кожата, дължащо се на използването на UV дължина на вълната за възбуждане на флуоресцентния сигнал, която има ниска проникваща способност и е подходяща само за изследване на повърхностни кожни патологии (~ 100 microm), без да дава информация за техните размери и вид в дълбочината на тъканта. Самото използване на възбуждаща светлина в този спектрален диапазон не е оптимално от здравна гледна точка.

Известен е прибор за оптична биопсия /2/, включващ светодиоден излъчвател, CCD камера и PC. Действието на прибора се основава на детекгирането на екзогенна флуоресценция на немеланомни тумори и преканцерози, с помощта на фотосенсибилизатор, използван като контрастен флуоресциращ агент.

Недостатък на прибора е необходимостта от прилагане на допълнителен флуоресциращ маркер върху изследваната лезия за диагностициране на туморното образувание.

Известен е и прибор за оптична биопсия /3/, основан на разработен от Центъра за биомеди5 цинска фотоника към БАН метод за спектрална диагностика /4/, базиран на ендогенна флуоресцентна и отражателна спектроскопия с няколко дължини на вълната на възбуждане на флуоресцентния сигнал. Използват се характерни разлики в 10 спектрограмите на ендогенната флуоресценция и отразената светлина при нормалните и туморните клетки при възбуждане с определени дължини на вълната, като чрез подходяща математическа обработка може да се определи наличието и видът 15 на заболяването.

Предимство на прибора е, че работи с няколко дължини на вълната на възбуждане, което позволява да се получават данни за флуоресцентните и отражателните спектрални характеристики 20 на по-широк диапазон туморни образувания с висока диагностична точност. Не се изисква прилагане на допълнителни флуоресциращи агенти или предварителна обработка на изследваната кожна патология.

Приборът се състои от персонален компютър (PC), представляващ блок за обработка и визуализация, свързан по RS канал със спектрометър, оптичният вход на който е свързан с единия край на приемен оптичен световод, другият край на който 30 е свързан механически успоредно с единия край на излъчвателен световод така, че световодите да имат максимално съвпадащо си полезрение. Другият край на излъчвателния световод е свързан с някой от светодиодите, намиращи се в излъч3 5 вателен блок, един от които излъчва в широк спектрален диапазон (бяла светлина), а останалите - в различни тесни спектрални области за възбуждане на определени тъканни флуорофори. Излъчвателният блок съдържа и захранващ блок, свързан с 220 волтовата мрежа.

Действието на прибора следва метода на диагностика.

Свободните краища на приемния и излъчвателния светодиод се куплират съответно с 45 оптичния вход на спектрометъра и един от светодиодите на измервателния блок. Насочва се общият край на световодите срещу здрав участък от кожата. Спектрометърът снема спектралната картина и по RS канал я предава в PC. Куплира се 50 свободният край на излъчващия световод със

2040 UI следващия светодиод и процедурата се повтаря за всеки от светодиодите. Насочва се общият край на световодите срещу предполагаемия тумор и цялата операция се повтаря. Получените резултати се обработват от PC с инсталиран специализиран 5 програмен пакет, извършващ мултиспектрален анализ. Методиката се основава на определяне на характеристични точки на спектралните линии и проследяване на динамиката на промяна на тяхната стойност, свързана с развитие на патологични 10 процеси. Обобщеният резултат дава прогнозна диагностична оценка за наличие на тумор, вида и фазата на развитието му.

Недостатък на прибора е невъзможността за постигане на предлаганата от метода точност, 15 д ължаща се на необходимостта от множество ръчни операции, при които могат да се променят условията на измерванията (напр. изместване на общия край на световодите спрямо изследваната област), при което се внасят допълнителни грешки в измерва- 20 нията.

Цел на настоящия полезен модел е да се предложи прибор, реализиращ описания метод, който има повишена точност на диагностициране, постигана чрез автоматизиране и ускоряване на 25 процеса на снемане на спектралните характеристики.

Техническа същност на полезния модел

Предложеният прибор за спектрална βθ диагностика на кожни туморни заболявания се състои от PC, съдържащ блок за обработка и визуализация, свързан с блок за управление на прибора, свързан посредством USB кабел с USB куплунг, чийто информационни изводи са свързани 3 5 с информационните USB изводи на спектрометър, а захранващите изводи на USB куплунга са свързани със захранващ блок. Изходът на захранващия блок е свързан с акумулаторна батерия и генератор на захранващо напрежение, изходът на 40 който е свързан със захранващите USB изводи на спектрометъра и със захранващите изводи на мултиплексор. Оптичният вход на спектрометъра е свързан с единия край на приемен оптичен световод, потребителският вход на спектрометъра 45 е свързан със стартов бутон, а потребителските изходи са свързани с управляващите входове на мултиплексора, изходите на който са свързани съответно със зумер и няколко светлинни източника (СД, ЯД), единият от които излъчва в широка част 50 от спектъра (бяла светлина), а останалите в различни тесни спектрални области за възбуждане на определени тьканни флуорофори. Всеки от светлинните източници е свързан оптически с единия край на собствен излъчвателен световод, вторият край на който е свързан механически успоредно с втория край на приемния световод така, че оптически свързаната с приемния световод изследвана повърхност да съвпада с осветяваната от излъчващите световоди. Всички елементи на прибора освен PC и USB кабела са разположени в единен корпус.

Предимство на прибора е повишената точност на изработваната диагноза, дължаща се на автоматизираното и ускорено извършване на снемането на спектралните характеристики при еднакви условия. Друго предимство е преносимостта и независимостта от 220 волтова мрежа при използване на лаптоп като PC.

Пояснение на приложените фигури

На фигура 1 е представена блок схема на предлагания прибор за спектрална диагностика на кожни туморни заболявания.

На фигура 2 е представено взаимното разположение на вторите краища на световоди 11 и 15.

На фигура 3 са представени флуоресцентни спектрограми на нормална кожа и различни лезии при възбуждане с дължина на вълната 385 nm.

На фигура 4 са представени отражателни спектрограми на нормална кожа и предракова лезия при осветяване с бяла светлина.

На фигура 5а, 56 и 5в са представени флуоресцентни спектрограми на спиноцелуларен карцином при възбуждане с различна дължина на вълната 366 nm, 385 nm и 405 nm.

Примерно изпълнение на полезния модел

Съгласно фигура 1 предложеният прибор за спектрална диагностика на кожни туморни заболявания се състои от PC 1, съдържащ блок за обработка и визуализация 2, свързан с блок за управление на прибора 3, свързан с посредством USB кабел 4 с USB куплунг 5, чийто информационни изводи са свързани с информационните USB изводи на спектрометър 6, а захранващите изводи на USB куплунга 5 са свързани със захранващ блок 7. Изходът на захранващия блок 7 е свързан с акумулаторна батерия 8 и генератор на от светодиодите 14. Излъчената от светодиода 14 възбуждаща светлина чрез световода 15 осветява избрания участък от кожата, предизвиквайки флуоресценция. Управляващият блок подава 5 команда към спектрометъра 6 за снемане спектралната картина на флуоресцентния и отразения сигнал (фиг. 3, 4, 5) и приемането й обратно по USB кабела 4, прехвърля получената информация в блока за обработка и визуализация 10 2, след което автоматично повтаря процедурата за останалите светлинни източници 14 и чрез подаване на команда за включване от мултиплексора 10 на зумера 13 подава звуков сигнал за завършена операция.

Насочва се корпусът 16 с общия край на световодите 11 и 15 срещу предполагаемия тумор и цялата операция се повтаря, като в края на операцията натрупаната в блока за обработка и визуализация 2 информация се обработва по 20 определен алгоритъм, разработен за мултиспекгрален анализ. Методиката се основава на определяне на характеристични точки на спектралните линии и проследяване на динамиката на промяна на тяхната стойност, свързана с 25 развитие на патологични процеси. Обобщеният резултат дава оценка за наличие на тумор, вида и фазата на развитието му, представляваща прогнозна диагноза, която се визуализира.

Claims

Претенции

1. Прибор за спектрална диагностика на кожни туморни заболявания, състоящ се от персонален компютър, съдържащ блок за обработка и визуализация спектрометър, оптичният вход на който е свързан с единия край на приемен оптичен световод и няколко светлинни източника с различна дължина на вълната, характеризиращ се с това, че персоналният компютър (1) съдържа и блок за управление на прибора, свързан с блока за обработка и визуализация (2), а посредством USB кабел (4) с USB куплунг (5), чиито информационни изводи са свързани с информационните USB изводи на спектрометър (6), а захранващите изводи на USB куплунга (5) са свързани със захранващ блок (7), като изходът на захранващия блок (7) е свързан с акумулаторна батерия (8) и генератор на захранващо напрежение (9), изходът на който е свързан със захранващите USB изводи на спектрометъра (6) и със захранващите изводи на мултиплексор (10), при захранващо напрежение 9, изходът на който е свързан със захранващите USB изводи на спектрометъра 6 и със захранващите изводи на мултиплексор 10. Оптичният вход на спектрометъра 6 е свързан с единия край на приемен оптичен световод 11, потребителският вход на спектрометъра 6 е свързан със стартов бутон 12, а потребителските изходи са свързани с управляващите входове на мултиплексора 10, изходите на който са свързани съответно със зумер 13 и четири светодиодни светлинни източника 14, единият от които излъчва в широка част от спектъра (бяла светлина), а останалите в различни тесни спектрални области за възбуждане на определени тъканни флуорофори. Всеки от светлинните източници 14 е свързан оптически с единия край на собствен излъчвателен световод 15, вторият край на който е свързан механически успоредно с втория край на приемния световод 11 така, че оптически свързаната с приемния световод 11 изследвана повърхност да съвпада с осветяваната от излъчващите световоди 15. Всички елементи на прибора освен PC 1 и USB кабела 4 са разположени в един корпус 16, оформен ергономично като пистолет.

Действието на прибора следва метода на диагностика.

Включва се USB кабелът 4 към PC 1. Захранващият блок 5 получава от USB кабела 4 напрежение 5V, преобразува го в 3.2V и го подава към литий-йонната акумулаторна батерия 8 и към генератора на захранващо напрежение 9, който захранва спектрометъра 6 и мултиплексора 10. В неактивно състояние консумацията на спектрометъра 6 и мултиплексора 10 е по-малка 35 от осигуряваната по USB кабела енергия и разликата се използва за зареждане на батерията 8. В активно състояние консумацията на спектрометъра 6 и мултиплексора 10 със светодиодите 14 може да превиши подаваната по USB кабела 4 енергия и 40 тогава разликата се поема от акумулаторната батерия 8.

Насочва се корпусът 16 с общия край на световодите 11 и 15 срещу здрав участък на кожата и се натиска стартовия бутон 12, чийто сигнал се 45 подава към потребителския вход на спектрометъра 6, откьдето се прочита по USB кабела 4 от блока за управление 3, който подава обратно по USB кабела 4 команда към спектрометъра 6 за подаване към мултиплексора 10 комбинация за избор на първия 5 0

2040 UI което потребителският вход на спектрометъра (6) е свързан със стартов бутон (12), а потребителските изходи са свързани с управляващите входове на мултиплексора (10), изходите на който са свързани съответно със зумер (13) и светлинните източници (14), единият от които излъчва в широка част от спектъра (бяла светлина), а останалите в различни тесни спектрални области, като всеки от светлинните източници (14) е свързан оптически с единия край на собствен излъчвателен световод (15), вторият край на който е свързан механически успоредно с втория край на приемния световод (11) така, че оптически свързаната с приемния световод (11) изследвана повърхност да съвпада с осветяваната от излъчващите световоди (15).
2. Прибор за спектрална диагностика на кожни туморни заболявания съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че всички елементи на прибора с изключение на персоналния компютър и USB кабела са разположени в единен корпус.