PL209503B1

PL209503B1 - Sposób pomiaru stopnia zaawansowania i rozległości choroby nowotworowej oraz urządzenie do pomiaru stopnia zaawansowania i rozległości choroby nowotworowej

Info

Publication number: PL209503B1
Application number: PL375249A
Authority: PL
Inventors: Jarosław Jaroński; Artur Bednarkiewicz
Original assignee: Politechnika Wroclawska
Priority date: 2005-05-20
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2011-09-30
Also published as: PL375249A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru stopnia zaawansowania i rozległości choroby nowotworowej oraz urządzenie do pomiaru stopnia zaawansowania i rozległości choroby nowotworowej, ponadto chorobowych zmian powierzchniowych, zwłaszcza takich jak rak, dysplazja, łuszczyca, grzybica, zakażenia bakteryjne, itp., przy wykorzystaniu metod spektroskopii fluorescencyjnej.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 207 002 sposób pomiaru stopnia zaawansowania choroby nowotworowej oraz urządzenie do pomiaru stopnia zaawansowania choroby nowotworowej. Sposób charakteryzuje się tym, że na badaną tkankę kieruje się dwie wiązki światła białego i ultrafioletowego, przy czym wiązką światła białego identyfikuje się miejsce ze zmianą w badanej tkance, po czym na zidentyfikowaną badaną tkankę kieruje się wiązkę światła ultrafioletowego, następnie wiązkę światła w postaci promieniowania autofluoroscencyjnego albo fluoroscencyjnego wyemitowanego przez badana tkankę dzieli się na dwa pomocnicze sygnały optyczne, z których pierwszy pomocniczy sygnał optyczny przetwarza się na sygnał analogowy oraz rejestruje się i analizuje dyskretne charakterystyki widm pikselowych w kolorze czerwonym, zielonym i niebieskim, natomiast drugi pomocniczy sygnał optyczny wyświetla się w postaci widma spektralnego, następnie dyskretne charakterystyki widm pikselowych porównuje się z widmem spektralnym oraz wyznacza się obszar zmian i stopień zaawansowania choroby nowotworowej.

Do transformatora zasilacza podłączone są poprzez układ zasilania źródła światła biegłego, źródło światła białego oraz poprzez układ zasilania diod LED źródło światła ultrafioletowego. Światło wyemitowane przez oba źródła po odbiciu od badanej powierzchni jest kierowane przez układ odwzorowujący do dzielnika wiązki. Natomiast z dzielnika wiązki pierwszy pomocniczy sygnał optyczny jest kierowany do kamery, a drugi pomocniczy sygnał optyczny do spektrografu, przy czym kamera jest połączona z układem rejestracji i analizy wyników.

Istota sposobu według wynalazku, polega na tym, że na badaną tkankę kieruje się kolejno i sekwencyjnie, co najmniej jedną wzbudzającą wiązkę światła, przy czym każda wzbudzająca wiązka światła ma inną długość fali o możliwie małej spektralnej szerokości połówkowej, po czym wtórną wiązkę światła powstałą w wyniku fluorescencji i/lub autofluorescencji filtruje się, za pomocą co najmniej jednego filtra optycznego. Przynajmniej jedną wiązką światła o długości fali mieszczącej się w zakresie transmisji, co najmniej jednego filtra optycznego, identyfikuje się obraz anatomiczny badanej tkanki, ponadto wzbudzającą wiązkę światła wywołującą fluorescencję i/lub autofluorescencję identyfikuje się obraz tkanki zmienionej nowotworowo. Zarejestrowane kolejne obrazy przetwarza się, analizuje i wyznacza się obszar zaawansowania i rozległości choroby nowotworowej na tle obrazu anatomicznego badanej tkanki.

Istota urządzenia według wynalazku, polega na tym, że do zasilacza ma podłączony układ sterowania, który połączony jest z co najmniej jednym źródłem światła i jednocześnie z co najmniej jednym filtrem optycznym, obiektywem, kamerą i układem rejestrująco-analizującym. Kamera jest również połączona z układem rejestrująco-analizującym. Źródłem światła mogą być diody laserowe, diody elektroluminescencyjne albo diody superelektroluminescencyjne, źródła światła są pogrupowane. Filtr optyczny jest filtrem optycznym pasmowo-przepustowym albo filtrem optycznym krawędziowoprzepustowym, albo filtrem optycznym przestrajalnym pasmowo-przepustowym.

Zgodnie z nowym sposobem, na badaną tkankę kieruje się jedną lub sekwencyjnie więcej wiązek światła z zakresu bliskiego ultrafioletu lub fioletu, lub niebieskiego, lub z zakresu światła białego, gdzie długość fali użytego promieniowania jest wybrana tak, by wzbudzić autofluorescencję, czyli emisję chromoforów naturalnie występujących w tkankach lub fluorescencję, czyli emisję specyficznych chromoforów egzogennych, tj. podanych w postaci kremów, maści, żelów, sprayów lub w postaci iniekcji.

Zastosowane w sposobie źródła światła charakteryzują się możliwie małą szerokością połówkową emisji, tak by wzbudzić możliwie małą grupę wybranych chromoforów i nie wzbudzić do emisji innych chromoforów, których obecność w trakcie obserwacji nie wznosi istotnych informacji bądź zakłóca pomiar.

Jedną z wybranych wiązek światła może być światło białe lub wiązka światła o długości fali, która nie jest absorbowana przez chromofory ani nie wywołuje luminescencji badanego obszaru. Wiązka ta służy do rejestracji obrazu w świetle rozproszonym i/lub odbitym do określenia kształtu anatomicznego badanej zmiany, który to obraz może posłużyć do naniesienia na nim, w wyniku cyfrowej analizy obrazów, przetworzonych obrazów obszarów nieprawidłowych. Obraz światła rozproszonego służy

PL 209 503 B1 również po to, by skorygować nierównomierność naświetlania tkanek ze względu na nie płaski, np. wypukły, kształt tych tkanek.

Badany obszar oświetla się bezpośrednio za pomocą oświetlacza lub pośrednio z udziałem światłowodu/światłowodów dostarczających światło z takiego oświetlacza.

Zaletą techniczną urządzenia jest to, układ sterowania pozwala na manualne lub automatyczne sterowanie funkcjami urządzenia. Układ sterowania urządzenia steruje pracą oświetlacza, zespołem filtrów, kamerą rejestratora oraz układem rejestrująco-analizującym.

Oświetlacz może być wykonany w postaci pogrupowanych diod, przy czym każdą grupą można sterować niezależnie z poziomu układu sterowania urządzenia. W przypadku oświetlania badanego obszaru pośrednio, oświetlacz stanowi integralną część urządzenia i ma formę pogrupowanych diod półprzewodnikowych, z których światło jest sprzężone do światłowodów, przy czym do każdej diody może być sprzężony jeden lub więcej światłowodów, albo do każdego światłowodu może być sprzęgnięte światło z wielu diod półprzewodnikowych, a końcówki emitujące światłowodów znajdują się w grupach lub w postaci pierścienia wokół obiektywu rejestratora, albo są zgrupowane w jeden pęk światłowodowego oświetlacza.

W celu uzyskania jednorodnoś ci oś wietlenia, oś wietlacz bezpoś redni lub poś redni zawierają element dyfuzyjny równomiernie rozpraszający światło. Obrazy badanej tkanki rejestruje się z wykorzystaniem kamery cyfrowej CCD o wysokiej czułości (rejestrator obrazu), kolorowej lub czarno-białej, korzystnie wyposażonej w układ optyczny z funkcją automatycznego nastawienia i/lub śledzenia ostrości i/lub układem powiększenia optycznego i możliwością integracji kolejnych klatek w celu pośredniego zwiększenia czułości kamery.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest uwidoczniony na rysunku, który przedstawia schemat blokowy urządzenia do pomiaru stopnia zaawansowania i rozległości choroby nowotworowej.

P r z y k ł a d 1

Sposób pomiaru stopnia zaawansowania i rozległości choroby nowotworowej polega na tym, że na powierzchnię obszaru anatomicznego z badaną tkankę nanosi się egzogenny barwnik, który selektywnie akumuluje się w tkankach nieprawidłowych i akumuluje się w znikomym stopniu w tkankach zdrowych. Następnie na badaną tkankę kieruje się kolejno i sekwencyjnie dwie wzbudzające wiązki światła, przy czym każda wzbudzająca wiązka światła ma inną długość fali (λ1 i λ2) o możliwie małej spektralnej szerokości połówkowej. Następnie, wtórną wiązkę światła filtruje się za pomocą dwóch filtrów optycznych Fi, F2. Kolejne obrazy badanej tkanki A_iF_i, A₂F-i, λ^₂, A₂F₂ otrzymane w wyniku oświetlenia jej pierwotną wiązką światła o zadanej długość fali A₁ i A₂ i przefiltrowaniu ich za pomocą wybranych filtrów optycznych Fi, F2, rejestruje się. Po czym, jedną wiązką światła o długości fali mieszczącej się w zakresie transmisji pierwszego filtra optycznego Fi, F2 identyfikuje się obraz anatomiczny badanej tkanki, zaś wiązką o długościach fali znajdujących się poza zakresem transmisji pierwszego filtra optycznego Fi, F2 identyfikuje się obraz tkanki zmienionej nowotworowo. Zarejestrowane kolejne obrazy A₁F₁, A₂F₁, A₁F₂, A₂F₂ przetwarza się, analizuje i wyznacza się obszar zaawansowania i rozległości choroby nowotworowej na tle obrazu anatomicznego badanej tkanki.

P r z y k ł a d 2

Urządzenie do pomiaru stopnia zaawansowania i rozległości choroby nowotworowej, do zasilacza ma podłączony układ sterowania US, który połączony jest z dwiema diodami laserowymi ZSi ZS2 i jednocześnie z dwoma filtrami optycznym Fi, F2, obiektywem OB, kamerą K i układem rejestrująco-analizującym RA. Kamera K jest również połączona z układem rejestrująco-analizującym RA. Filtry optyczne Fi, F2 są filtrami optycznymi pasmowo-przepustowymi.

P r z y k ł a d 3

Urządzenie do pomiaru stopnia zaawansowania i rozległości choroby nowotworowej, wykonane jak w przykładzie drugim, z tą różnicą, że ma trzy diody elektroluminescencyjne ZSi, ZS2, ZS3 i trzy filtry optyczne pasmowo-przepustowe przestrajalne Fi, F2, F3.

P r z y k ł a d 4

Urządzenie do pomiaru stopnia zaawansowania i rozległości choroby nowotworowej, wykonane jak w przykładzie drugim, z tą różnicą że ma dwanaście diod superelektroluminescencyjnych laserowych ZSi, ZS2, .... ZSi2 i dwanaście filtrów optycznych pasmowo-przepustowych przestrajalnych Fi, Fz> ... ^Fi2.

Claims

1. Sposób pomiaru stopnia zaawansowania i rozległości choroby nowotworowej polegający na tym, że na badaną tkankę kieruje się wzbudzającą wiązkę światła, po czym wtórną wiązkę światła otrzymaną wyniku odbicia od badanej tkanki, fluorescencji badanej tkanki i rozproszenia w badanej tkance, rejestruje się i analizuje, znamienny tym, że na badaną tkankę kieruje się kolejno i sekwencyjnie, co najmniej jedną wzbudzającą wiązkę światła, przy czym każda wzbudzająca wiązka światła ma inną długość fali (A_i, λ₂, ..., λ_η) o możliwie małej spektralnej szerokości połówkowej, po czym wtórną wiązkę światła filtruje się za pomocą co najmniej jednego filtra optycznego (Fi, F2, ..., Fm), a następnie rejestruje się kolejne obrazy badanej tkanki (λ-iFi, λ₂Ρ₂, ..., λ₂Ρ_π) otrzymane w wyniku oświetlenia jej pierwotną wiązką światła o zadanej długość fali (λ₁, λ₂, ., λ..) i przefiltrowaniu ich za pomocą wybranego filtra optycznego (Fi, F2, ..., Fm), a zarejestrowane kolejne obrazy przetwarza się, analizuje i wyznacza się obszar zaawansowania i rozległości choroby nowotworowej.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przynajmniej jedną wiązką światła o długości fali mieszczącej się w zakresie transmisji co najmniej jednego filtra optycznego identyfikuje się obraz anatomiczny badanej tkanki, zaś wiązką o długościach fali znajdujących się poza zakresem transmisji wszystkich filtrów optycznych identyfikuje się obraz tkanki zmienionej nowotworowo, a zarejestrowane kolejne obrazy przetwarza się, analizuje i wyznacza się obszar zaawansowania i rozległości choroby nowotworowej, a następnie prezentuje się ten obszar na tle anatomicznego obrazu badanej tkanki.

3. Urządzenie do pomiaru stopnia zaawansowania i rozległości choroby nowotworowej, wyposażone w zasilacz, źródło światła i kamerę, znamienne tym, że do zasilacza ma podłączony układ sterowania (US), który połączony jest z co najmniej jednym źródłem światła (ZSi ZS₂, .... ZS_n) i jednocześnie z co najmniej jednym filtrem optycznym (Fi, F2, ..., Fm), obiektywem (OB), kamerą (K) i układem rejestrująco-analizującym (RA), przy czym kamera (K) jest również połączona z układem rejestrująco-analizującym (RA).

4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że filtr optyczny (Fi, F2, ..., F_m) jest filtrem optycznym pasmowo-przepustowym.

5. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że filtr optyczny (Fi, F2, ..., F_m) jest filtrem optycznym krawędziowo-przepustowym.

6. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że filtr optyczny (Fi, F2, ..., F_m) jest filtrem optycznym pasmowo-przepustowym przestrajalnym.

7. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że źródłem światła (ZSi ZS₂, .... ZS_n) są diody laserowe.

8. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że źródłem światła (ZS_:, ZS₂, .... ZS_n) są diody elektroluminescencyjne.

9. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że źródłem światła (ZS_:, ZS₂, .... ZS_n) są diody superelektroluminescencyjne.