RU107923U1

RU107923U1 - LASER SPECTRAL COLOSCOPE

Info

Publication number: RU107923U1
Application number: RU2011101650/14U
Authority: RU
Inventors: Наталья Николаевна Булгакова; Елена Григорьевна Новикова; Валерий Васильевич Смирнов; Ольга Ивановна Трушина; Виктор Иммануилович Фабелинский; Сергей Васильевич Щичкин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ИНЛАЙФ"
Priority date: 2011-01-18
Filing date: 2011-01-18
Publication date: 2011-09-10

Abstract

1. Лазерный спектральный кольпоскоп, содержащий спектрометр и лазерный источник возбуждения аутофлуоресценции, настроенный на длину волны 0,407 мкм, к которым подключены гибкий волоконно-оптический катетер и блок управления, сбора и обработки информации, при этом упомянутый лазерный источник излучения синхронизирован с циклами экспонирования упомянутого спектрометра и включается лишь на время экспозиции. ! 2. Кольпоскоп по п.1, отличающийся тем, что упомянутый гибкий волоконно-оптический катетер выполнен из шести волокон диаметром 100 мкм с числовой апертурой 0,22 для сбора излучения и из одного волокна диаметром 110 мкм для возбуждения флуоресценции. ! 3. Кольпоскоп по п.1 или 2, отличающийся тем, что на дистальном конце упомянутого катетера, волокна для сбора излучения уложены вокруг волокна для возбуждения флуоресценции. ! 4. Кольпоскоп по п.1, отличающийся тем, что упомянутые спектрометр и лазерный источник возбуждения аутофлуоресценции выполнены в едином устройстве. 1. A laser spectral colposcope comprising a spectrometer and a laser autofluorescence excitation source tuned to a wavelength of 0.407 μm, to which a flexible fiber optic catheter and a control unit for collecting and processing information are connected, wherein said laser radiation source is synchronized with exposure cycles of said spectrometer and turns on only for the duration of the exposure. ! 2. The colposcope according to claim 1, characterized in that said flexible fiber optic catheter is made of six fibers with a diameter of 100 μm with a numerical aperture of 0.22 to collect radiation and from one fiber with a diameter of 110 μm to excite fluorescence. ! 3. The colposcope according to claim 1 or 2, characterized in that at the distal end of said catheter, fibers for collecting radiation are laid around the fiber to excite fluorescence. ! 4. The colposcope according to claim 1, characterized in that said spectrometer and a laser source of autofluorescence excitation are made in a single device.

Description

Настоящая полезная модель относится к области медицины и предназначена для измерения спектров лазерно-индуцированной флюоресцении биологических тканей, в частности, слизистой оболочки шейки матки.This utility model relates to the field of medicine and is intended for measuring the spectra of laser-induced fluorescence of biological tissues, in particular, the cervical mucosa.

Развитию рака шейки матки предшествует период трансформации многослойного плоского эпителия шейки матки и различные стадии цервикальной неоплазии (ЦИН1, ЦИН2, ЦИН3). В настоящее время для выявления цервикальной неоплазии при диспансеризации населения применяется относительно простая методика цитологического скрининга или пап-тест. Данная методика достаточно проста, однако в силу большого количества ложноположительных результатов (от 15 до 40%), она обладает весьма низкой специфичностью: специфичность и чувствительность пап-теста составляют 11-99% и 14-97%, соответственно. В случае подозрения на развитие дисплазии проводится кольпоскопическое исследование, предсказательная ценность которого весьма ограничена. Поэтому для выявления ЦИН необходимо взятие материала (биопсия) и проведение гистологического исследования. Чувствительность и специфичность кольпоскопии в дифференциальной диагностики ЦИН относительно нормальной ткани (многослойный плоский эпителий и воспаление) в руках опытного гинеколога составляют в среднем 94±6% и 48±23%, соответственно. При этом чувствительность и специфичность кольпоскопии в дифференциальной диагностике ЦИН3 (тяжелая дисплазия) относительно ЦИН1 (слабая дисплазия и ПВЧ инфицирование) составляет 79±23% и 66±18%, соответственно.The development of cervical cancer is preceded by a period of transformation of the stratified squamous epithelium of the cervix and various stages of cervical neoplasia (CIN1, CIN2, CIN3). Currently, a relatively simple method of cytological screening or a pap test is used to detect cervical neoplasia during medical examination of the population. This technique is quite simple, but due to the large number of false-positive results (from 15 to 40%), it has a very low specificity: specificity and sensitivity of the pap test are 11-99% and 14-97%, respectively. In case of suspected development of dysplasia, a colposcopic examination is carried out, the predictive value of which is very limited. Therefore, to identify CIN, it is necessary to take material (biopsy) and conduct a histological examination. The sensitivity and specificity of colposcopy in the differential diagnosis of CIN relative to normal tissue (stratified squamous epithelium and inflammation) in the hands of an experienced gynecologist is on average 94 ± 6% and 48 ± 23%, respectively. The sensitivity and specificity of colposcopy in the differential diagnosis of CIN3 (severe dysplasia) relative to CIN1 (mild dysplasia and HPV infection) is 79 ± 23% and 66 ± 18%, respectively.

Таким образом, очевидно, что для улучшения диагностической точности кольпоскопии и уменьшения количества необходимых биопсий, требуется неинвазивный и доступный метод ранней диагностики, чувствительный к изменениям в метаболизме и архитектонике слизистой оболочки шейки матки, возникающим при развитии неоплазии на молекулярном и клеточном уровнях. К числу таких методов относится метод анализа флуоресцентных изображений, сопряженный с локальной флуоресцентной спектроскопией.Thus, it is obvious that in order to improve the diagnostic accuracy of colposcopy and reduce the number of biopsies required, a non-invasive and affordable method of early diagnosis is required that is sensitive to changes in the metabolism and architectonics of the cervical mucosa that arise when neoplasia develops at the molecular and cellular levels. Among these methods is the method of analysis of fluorescence images, coupled with local fluorescence spectroscopy.

Различные стадии опухолевой трансформации слизистой оболочки сопровождаются изменениями в архитектонике ткани, в пространственном распределении, метаболической активности и концентрации определенных эндогенных флуорофоров. Эти изменения отражаются на спектрах аутофлуоресценции, что может быть использовано для получения диагностической информации в режиме реального времени.The various stages of tumor transformation of the mucous membrane are accompanied by changes in the architectonics of the tissue, in the spatial distribution, metabolic activity and concentration of certain endogenous fluorophores. These changes are reflected in the autofluorescence spectra, which can be used to obtain diagnostic information in real time.

Высокая чувствительность аутофлуоресцентного исследования в выявлении предопухолевой и опухолевой патологии слизистых оболочек дыхательных путей, желудочно-кишечного тракта, мочевого пузыря показана во многих клинических исследованиях. Необходимо отметить, что объем ткани, анализируемый спектральными методами, сравним с объемом ткани, который берется при щипцовой биопсии. Достоинством спектроскопических методик является большой размер выборки и незначительное время, требуемое для измерений большого количества спектров из многих точек поверхности ткани. В тоже время следует отметить ограничение, обусловленное невозможностью провести точечные измерения спектров при большой протяженности или площади органа, например, в случае кишки, трахеобронхиального дерева или мочевого пузыря. Поэтому в указанных случаях методы локальной спектроскопии применяют в сочетании с эндоскопическими системами либо на основании спектрально-флуоресцентных диагностических алгоритмов строятся системы получения флуоресцентных изображений.The high sensitivity of an autofluorescence study in identifying the pre-tumor and tumor pathology of the mucous membranes of the respiratory tract, gastrointestinal tract, and bladder has been shown in many clinical studies. It should be noted that the volume of tissue analyzed by spectral methods is comparable to the volume of tissue that is taken with a forceps biopsy. The advantage of spectroscopic techniques is the large sample size and the insignificant time required to measure a large number of spectra from many points on the tissue surface. At the same time, it should be noted the limitation due to the inability to make point measurements of the spectra with a large extent or area of the organ, for example, in the case of the intestine, tracheobronchial tree or bladder. Therefore, in these cases, the methods of local spectroscopy are used in combination with endoscopic systems or, based on spectral-fluorescence diagnostic algorithms, systems for obtaining fluorescence images are constructed.

Известен гинекологический видеокольпоскоп Dr.Camscope DCS-102 и DSCM-102 (http://www.grand-sp.ru/index.php?productID=16135), который позволяет проводить диагностические исследования и осуществлять контроль за лечебными процедурами при помощи универсальной видеосистемы, разработанной с использованием последних достижений медицинской техники. Применяется для точной диагностики различных гинекологических заболеваний, таких как эрозия шейки матки, различных злокачественных новообразований и т.д. Дает возможность врачу и пациенту увидеть видеоизображение заболевания до и после лечения, получить видеоснимки. Сохраненные визуальные отчеты могут использоваться как уникальная документация для клинической и научной работы, для проведения консилиумов и консультаций со специалистами (в том числе и в Internet).The well-known gynecological video colposcope Dr.Camscope DCS-102 and DSCM-102 (http://www.grand-sp.ru/index.php?productID=16135), which allows you to conduct diagnostic tests and monitor treatment procedures using a universal video system developed using the latest advances in medical technology. It is used for accurate diagnosis of various gynecological diseases, such as cervical erosion, various malignant neoplasms, etc. It allows the doctor and patient to see a video image of the disease before and after treatment, to receive video images. The saved visual reports can be used as unique documentation for clinical and scientific work, for holding consultations and consultations with specialists (including on the Internet).

Этот прибор, как видно из описания, снабжен водеокамерой и может получать водеоизображения и цветные снимки шейки матки, но также, как и модели всех других фирм, не оснащен возможностью регистрации спектров автофлуоресценции шейки матки.This device, as can be seen from the description, is equipped with a water camera and can receive water images and color images of the cervix, but, like the models of all other companies, it is not equipped with the ability to record autofluorescence spectra of the cervix.

Для устранения указанного выше недостатка, а также для обеспечения повышения диагностической точности кольпоскопии, уменьшения количества необходимых биопсий и уменьшении дозы облучения (общей энергии лазерного излучения), полученной пациентом в процессе одного обследования, применяют лазерный спектральный кольпоскоп согласно настоящей полезной модели. Кольпоскоп содержи спектрометр и лазерный источник возбуждения аутофлуоресценции, настроенный на длину волны 0,407 мкм, к которым подключены гибкий волоконно-оптический катетер и блок управления, сбора и обработки информации, при этом упомянутый лазерный источник синхронизирован с циклами экспонирования упомянутого спектрометра на время экспозиции.To eliminate the aforementioned drawback, as well as to increase the diagnostic accuracy of colposcopy, reduce the number of necessary biopsies and reduce the radiation dose (total laser radiation energy) received by the patient during one examination, a laser spectral colposcope is used according to this utility model. The colposcope contains a spectrometer and a laser autofluorescence excitation source tuned to a wavelength of 0.407 μm, to which a flexible fiber optic catheter and a control unit for collecting and processing information are connected, while the said laser source is synchronized with the exposure cycles of the spectrometer for the duration of the exposure.

В частности, упомянутый гибкий волоконно-оптический катетер выполнен из шести волокон диаметром 100 мкм с числовой апертурой 0,22 для сбора излучения и из одного волокна диаметром 110 мкм для возбуждения флюоресценции. При этом на дистальном конце упомянутого катетера, волокна для сбора излучения, уложены вокруг волокна для возбуждения флюоресценции.In particular, said flexible fiber optic catheter is made of six fibers with a diameter of 100 μm with a numerical aperture of 0.22 for collecting radiation and from one fiber with a diameter of 110 μm for exciting fluorescence. At the same time, at the distal end of said catheter, fibers for collecting radiation are laid around the fibers to excite fluorescence.

В частности, упомянутые спектрометр и лазерный источник возбуждения аутофлуоресценции выполнены в едином устройстве.In particular, the aforementioned spectrometer and a laser source of autofluorescence excitation are made in a single device.

На Фиг.1 показан внешний вид кольпоскопа согласно настоящей полезной модели.Figure 1 shows the appearance of a colposcope according to the present utility model.

На Фиг.2 показан блок-схема кольпоскопа согласно настоящей полезной модели.Figure 2 shows a block diagram of a colposcope according to the present utility model.

На Фиг.3 показаны два изображения спектров исследуемого участка, на которых верхняя кривая - спектр аутофлуоресценции нормального многослойного плоского эпителии, и нижняя кривая - спектр аутофлуоресценции морфологически подтвержденного предрака.Figure 3 shows two images of the spectra of the studied area, in which the upper curve is the autofluorescence spectrum of normal stratified squamous epithelium, and the lower curve is the autofluorescence spectrum of morphologically confirmed precancer.

Лазерный спектрально-флуоресцентный кольпоскоп согласно настоящей полезной модели содержит спектрометр (6) и лазерный источник (5) возбуждения аутофлуоресценции, настроенный на длину волны 0,407 мкм, которые для удобства использования могут быть выполнены в едином устройстве (3). Кольпоскоп также содержит гибкий волоконно-оптический катетер (2) и блок (1) управления, сбора и обработки информации, которые подключены к упомянутым спектрометру (6) (полихроматор) и лазерному источнику (5) возбуждения (диодный лазер). При этом при упомянутый лазерный источник (5) излучения синхронизирован с циклами экспонирования упомянутого спектрометра (6) на время экспозиции, что позволяет снизить как дозу воздействия упомянутого излучения на ткань более чем в 10 раз, так и время воздействия на аналогичное значение.A laser spectral-fluorescence colposcope according to the present utility model includes a spectrometer (6) and a laser source (5) of autofluorescence excitation tuned to a wavelength of 0.407 μm, which for convenience of use can be performed in a single device (3). The colposcope also contains a flexible fiber optic catheter (2) and a control unit (1) for collecting, processing and processing information, which are connected to the aforementioned spectrometer (6) (polychromator) and a laser excitation source (5) (diode laser). In this case, the aforementioned laser radiation source (5) is synchronized with the exposure cycles of the aforementioned spectrometer (6) for the exposure time, which makes it possible to reduce the dose of the said radiation on the tissue by more than 10 times and the exposure time to a similar value.

Обычно упомянутый катетер (2) выполнен из шести оптических волокон диаметром 100 мкм с числовой апертурой 0,22 для сбора излучения и из одного оптического волокна диаметром 110 мкм для возбуждения флюоресценции. При этом мощность на выходе упомянутых волокон находится в пределах от 1 до 10 мВт. Катетер (2) выполняют также таким образом, что на дистальном его конце волокна для сбора излучения, уложены вокруг волокна для возбуждения флюоресценции.Typically, said catheter (2) is made of six optical fibers with a diameter of 100 μm with a numerical aperture of 0.22 for collecting radiation and from one optical fiber with a diameter of 110 μm for exciting fluorescence. Moreover, the output power of the mentioned fibers is in the range from 1 to 10 mW. The catheter (2) is also performed in such a way that, at its distal end, fibers for collecting radiation are laid around the fiber to excite fluorescence.

Кольпоскоп работает следующим образом. После включения блока (1) управления, сбора и обработки информации и загрузки соответствующего программного обеспечения, включают упомянутый лазерный источник (5). После его (5) необходимого прогрева осуществляют облучение исследуемой области (4) с получение соответствующих спектров.Colposcope works as follows. After turning on the control unit (1), collecting and processing information and downloading the corresponding software, the aforementioned laser source (5) is turned on. After its (5) necessary heating, the studied region (4) is irradiated with the corresponding spectra.

Возможна работа устройства как в режиме «живой» картинки, то есть когда спектры регистрируются раз за разом либо с накоплением, либо без накопления последовательных массивов данных, так и в режиме «застывшей» картинки.The device can operate both in the “live” picture mode, that is, when the spectra are recorded over and over again either with accumulation or without accumulation of successive data arrays, and in the “frozen” picture mode.

Существенной особенностью создаваемого кольпоскопа является как возможность немедленного снятия спектров аутофлуоресценции участков (4), вызывающих подозрение, базирующееся на особенностях флуоресцентного изображения, так и уменьшение дозы облучения (общей энергии лазерного излучения), полученной пациентом в процессе одного обследования с применением флуоресцентного спектрометра. Также важная особенность данного прибора заключаются в том, что его применение в ходе кольпоскопии позволит в реальном времени (in vivo) получать объективную количественную информации о наличии патологии в той точке поверхности эндоцервикса, где производятся измерения спектров.An essential feature of the created colposcope is both the ability to immediately record the autofluorescence spectra of areas (4) that cause suspicion based on the features of the fluorescence image, and the reduction of the radiation dose (total laser energy) received by the patient during one examination using a fluorescence spectrometer. Another important feature of this device is that its use during colposcopy will allow in real time (in vivo) to obtain objective quantitative information about the presence of pathology at that point on the surface of the endocervix where the spectra are measured.

Применение данного прибора улучшит диагностическую точность кольпоскопии, позволит уменьшить количество биопсий и будет способствовать раннему выявлению предопухолевой патологии и проведению своевременного органосохраняющего лечения, что особенно важно для женщин детородного возраста.The use of this device will improve the diagnostic accuracy of colposcopy, will reduce the number of biopsies and will contribute to the early detection of precancerous pathology and timely organ-preserving treatment, which is especially important for women of childbearing age.

Claims

1. A laser spectral colposcope comprising a spectrometer and a laser autofluorescence excitation source tuned to a wavelength of 0.407 μm, to which a flexible fiber optic catheter and a control unit for collecting and processing information are connected, wherein said laser radiation source is synchronized with exposure cycles of said spectrometer and turns on only for the duration of the exposure.

2. The colposcope according to claim 1, characterized in that said flexible fiber optic catheter is made of six fibers with a diameter of 100 μm with a numerical aperture of 0.22 to collect radiation and from one fiber with a diameter of 110 μm to excite fluorescence.

3. The colposcope according to claim 1 or 2, characterized in that at the distal end of said catheter, fibers for collecting radiation are laid around the fiber to excite fluorescence.

4. The colposcope according to claim 1, characterized in that said spectrometer and a laser source of autofluorescence excitation are made in a single device.