Claims (3)
1. Способ оптической диагностики биологических микрообъектов и их нанокомпонентов, согласно которому измеряют характеристики флуоресценции и экстинкции вещества, воздействуя на него лазерным (ЛИ) и/или немонохроматическим излучением, и обрабатывают полученные данные на ЭВМ с помощью алгоритма вычисления на основании значений выделенных отдельных характеристик, отличающийся тем, что в качестве феномена, имеющего действующий фактор, например лечебный, и характеризуемого физическими величинами, несущими диагностическую информацию, используют конверсию излучения лазерного или иного источника света и/или другого электромагнитного излучения, имеющего такие аспекты, как, например, отражение, рассеяние, поглощение, флуоресценцию, комбинационное и нелинейное рассеяния, эффекты фотоакустический, термооптический и др, характеристики количественных мер в отдельности и/или в совокупности, которые измеряют с помощью соответствующих устройств, в исследуемых образцах объектов живой и неживой природы медицинского, промышленного, экологического, пищевого, биосферного, космического и др. назначения, с последующим портированием получаемой информации и диагностической и аналитической обработкой ее в соответствии с основанным на статистической регрессионной модели концентраций компонент аппаратно-адаптированным алгоритмом способа на ЭВМ, который заключается в том, что полученные характеристики сохраняют на устройстве для хранения информации на ЭВМ и приводят в линейную по диагностическому параметру форму, и далее их обрабатывают согласно аппаратно адаптированному алгоритму способа таким образом, что сначала нормируют все измеренные характеристики, например, с использованием эталонов на пропускание, отражение, флуоресценцию и др. явлений конверсии ЛИ в диагностируемых объектах, с помощью которых находят соответствующие аппаратные функции для нормировки характеристик с помощью умножения на последние, в медицинской диагностике в случае экзокорпорального обследования, например, используя условие постоянства интегральной интенсивности отраженного в обратном направлении возбуждающего излучения, и/или используя условие постоянства интегральной интенсивности полосы комбинационного рассеяния воды при специально подобранной длине волны возбуждающего излучения, и/или используя условие постоянства интегральной интенсивности полосы флуоресценции добавляемых в образцы в стандартной концентрации квантовых точек и/или флуорофоров с узкополосной флуоресценцией, а при эндокорпоральном обследовании, используя условии постоянства какой либо характеристики конверсии излучения лазерного и/или иного источника в биологическом объекте (БО) либо линейного по характеристикам гомеостатического параметра биологического вида человека, и/или используют уровненную нормировку, учитывающую локальную величину на фоне общеорганизменного, по формуле1. A method for the optical diagnosis of biological microobjects and their nanocomponents, according to which the characteristics of the fluorescence and extinction of a substance are measured by exposing it to laser (LI) and / or non-monochromatic radiation, and the data obtained is processed on a computer using a calculation algorithm based on the values of the selected individual characteristics, characterized in that as a phenomenon having an acting factor, for example, a therapeutic one, and characterized by physical quantities that carry diagnostic information, use they use the conversion of radiation from a laser or other light source and / or other electromagnetic radiation having aspects such as, for example, reflection, scattering, absorption, fluorescence, Raman and nonlinear scattering, photoacoustic, thermo-optical, etc. effects, characteristics of quantitative measures separately and / or in the aggregate, which are measured using appropriate devices, in the studied samples of objects of living and inanimate nature of medical, industrial, environmental, food, biosphere, space for other and other purposes, with subsequent porting of the received information and its diagnostic and analytical processing in accordance with a component based on a statistical regression model of concentrations of hardware-adapted algorithm of the computer method, which consists in the fact that the obtained characteristics are stored on a device for storing information on The computers are brought into a linear form with respect to the diagnostic parameter, and then they are processed according to the hardware-adapted algorithm of the method in such a way that normalize all measured characteristics, for example, using standards for transmission, reflection, fluorescence, and other LI conversion phenomena in the diagnosed objects, with the help of which they find the appropriate hardware functions for normalizing the characteristics by multiplying by the latter, in medical diagnostics in the case of exocorporal examination, for example, using the condition for the constancy of the integral intensity of the excitation radiation reflected in the opposite direction, and / or using the condition for the constancy of the integral the intensity of the Raman scattering band of water at a specially selected wavelength of the exciting radiation, and / or using the condition for the constancy of the integral intensity of the fluorescence band of quantum dots and / or fluorophores with narrow-band fluorescence added to the samples at standard concentration, and for the endocorporeal examination, using the condition of any radiation conversion characteristics of a laser and / or other source in a biological object (BO) or linear in characteristics of a home static parameter human species, and / or using the normalization equation which takes into account local background value by obscheorganizmennogo by the formula
Хрi=Хai/(1-αi·Хэi.),X pi = X ai / (1-α i · X ei .),
где Хрi - уровненная характеристика конверсии, Xai - экзокорпоральная абсолютная характеристика конверсии, Хiэ - эндокорпоральная относительная характеристика конверсии, αi - коэффициент при i-й характеристике в выражении для гомеостатического параметра Р=Σαk·Ik, и/или при этом, и/или при других видах диагностик восстанавливают корректные спектры флуоресценции, используя ранее измеренные спектральные характеристики экстинкции с помощью измерительного тракта комплекса спектров реальной флуоресценции по формулеwhere X pi is the level conversion characteristic, X ai is the exocorporal absolute conversion characteristic, X ie is the endocorporal relative conversion characteristic, α i is the coefficient of the i-th characteristic in the expression for the homeostatic parameter Р = Σα k · I k , and / or this, and / or other types of diagnostics, restore the correct fluorescence spectra using the previously measured spectral extinction characteristics using the measuring path of the complex of real fluorescence spectra according to the formula
Хiсorr=Xi/(a1+а2·эi+а3·эi 2),X iсorr = X i / (a 1 + a 2 · e i + a 3 · e i 2 ),
где Xicorr - значение корректированной спектральной характеристики от i-го канала прибора, Xi - значение соответствующей спектральной характеристики без корректировки, а1, а2 и а3 - поправочные коэффициенты, зависящие от геометрии образцов и способа сбора излучения, эi - пространственный декремент затухания, обусловленный экстинкцией на i-й длине волны, дальше часть сохраненной спектральной информации для достаточно большого количества образцов органического вещества с заранее известным аналитическим содержимым используется для создания модели концентраций путем реализации, согласно аппаратно адаптированному алгоритму способа, процедуры регрессии аналитической информации на статистические главные компоненты спектральных характеристик этих образцов, а для остальных образцов неизвестное содержимое находится при вычислении согласно аппаратно адаптированному алгоритму способа, использующему полученную модель, и вычисленные количественные и/или качественные характеристики, которые могут характеризовать биологический или молекулярный состав, при этом производят контроль за лечением до полного выздоровления в медицине и следят за циклами превращений БО в производстве, и в случае заканчивания цикла производства или при выздоровлении пациента диагностика прекращается, а также лечебно-диагностические установки используют для проведения радиационной терапии больных пациентов, также перед началом каждой серии диагностики измеряют характеристики эталонов сравнения и вносят их в ЭВМ для вычисления аппаратной функции, а образцы приготовляют, например, взятием некоторого количества исследуемого жидкого, твердого или газообразного объекта живой и/или неживой природы и помещением в стандартизованные кюветы для измерения спектров пропускания и лазерно-индуцированной флуоресценции и иных характеристик конверсии излучения лазерного или иного источника света, которые могут быть как большого объема, объемом приблизительно в несколько миллилитров, так и маленького, объемом приблизительно в доли микролитров и собранные на планшетную основу, содержащую также и проточную кювету, при этом также сюда могут входить интегрированные с планшетой устройства для фотоакустической, оптотермической, и др. диагностик, с помощью которых измеряют соответствующие характеристики конверсии излучения в помещенных в планшетные кюветы образцах, а для разбавленных растворов с исследуемым содержимым предварительно увеличивают концентрацию содержимого фильтрованием субстрата, с последующим определением концентрации и вида вещества, например, на фильтре, а в случае неразделяемых объектов с пространственно-протяженной поверхностью часть измерений, связанных со световым откликом, выполняются непосредственно поднесением светособирающего устройства к поверхности органического вещества.where X icorr is the value of the corrected spectral characteristic from the i-th channel of the device, X i is the value of the corresponding spectral characteristic without correction, and 1 , 2 and a 3 are correction factors depending on the geometry of the samples and the method of collecting radiation, e i is spatial the damping decrement due to extinction at the ith wavelength, then part of the stored spectral information for a sufficiently large number of samples of organic matter with predetermined analytical contents is used to create concentration models by implementing, according to a hardware-adapted algorithm of the method, the procedure for regressing analytical information on the statistical main components of the spectral characteristics of these samples, and for the remaining samples, unknown content is found in the calculation according to the hardware-adapted algorithm of the method using the obtained model, and the quantitative and / or qualitative characteristics that can characterize the biological or molecular composition, while producing Monitor the treatment until complete recovery in medicine and monitor the cycles of BO conversion in production, and if the production cycle ends or the patient recovers, the diagnosis stops, and diagnostic and treatment facilities are used to conduct radiation therapy for sick patients, also before each diagnostic series measure the characteristics of the reference standards and enter them into a computer to calculate the hardware function, and samples are prepared, for example, by taking a certain amount of the studied liquid a solid, or gaseous object of animate and / or inanimate nature and placed in standardized cuvettes for measuring transmission spectra and laser-induced fluorescence and other conversion characteristics of the radiation of a laser or other light source, which can be of large volume, with a volume of approximately several milliliters, and a small one, with a volume of approximately a fraction of microliters and assembled on a tablet base, which also contains a flow cell, which can also include integrated tablets devices for photoacoustic, optothermal, and other diagnostics, with which they measure the appropriate radiation conversion characteristics in the samples placed in the plate cuvettes, and for dilute solutions with the studied contents, the concentration of the contents is preliminarily increased by filtering the substrate, followed by determining the concentration and type of substance, for example , on the filter, and in the case of non-separable objects with a spatially extended surface, part of the measurements associated with the light response They are directly brought by the light-collecting device to the surface of organic matter.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в глобальном варианте реализации оптической диагностики с помощью дистанционных методов по измеряемым характеристикам конверсии излучения лазерного или другого источника определяют количественные и качественные параметры близких или удаленных проб, при этом диагностический комплекс состоит из единого блока анализа информации, обрабатывающего спектры флуоресценции сразу нескольких блоков, измеряющих эти спектры и передающих свою информацию для обработки блоку анализа по локальным или глобальным сетям связи с использованием стандартных протоколов, в том числе и протоколов шифрования, также и/или проводят реализацию индивидуально нормированного диагностического диспансера, для чего измеряют спектральные и сигнальные характеристики конверсии оптического излучения в живом веществе каждого индивидуального организма в норме на разных стадиях его развития и заносят в базу данных головной ЭВМ, а потом используют для анализа по приведенному выше принципу и сравнения его результатов с анализом, сделанным в текущее время, и в случае отклонений текущих параметров диагностики как от индивидуальных так и от коллективных диапазонов нормы делают диагноз о соответствующей вычисленному параметру патологии2. The method according to claim 1, characterized in that in the global embodiment of the implementation of optical diagnostics using remote methods, the quantitative and qualitative parameters of close or remote samples are determined from the measured radiation conversion characteristics of a laser or other source, while the diagnostic complex consists of a single analysis unit information processing the fluorescence spectra of several blocks at once, measuring these spectra and transmitting their information for processing to the analysis unit according to local or global Communication networks using standard protocols, including encryption protocols, also / or carry out the implementation of an individually normalized diagnostic dispensary, for which they measure the spectral and signal characteristics of the conversion of optical radiation in the living matter of each individual organism normally at different stages of its development and enter the host computer into the database, and then use it for analysis according to the above principle and comparing its results with the analysis done at the current time, and in the case of deviations of the current diagnostic parameters from both individual and collective ranges of the norm make a diagnosis of the corresponding calculated pathology parameter
3. Устройство для реализации оптической диагностики биологических микрообъектов и их нанокомпонентов, содержащее кювету, к которой подвод возбуждающего излучения и отвод светового отклика идет по сложному оптоволоконному кабелю, который с первого конца выполнен многожильным, со второго конца для передачи возбуждающего излучения выполнен одножильным, жила которого переходит в центральные жилы первого конца, с третьего конца для передачи светового отклика в спектроанализатор выполнен многожильным, жилы которого переходят в периферийные жилы первого конца, второй конец сопряжен с выходом излучения лазера, а кюветы выполнены в форме, размерах и из материалов, определяемых конкретной задачей применения, при этом регистрирующую часть делают из матрицы полупроводниковых фотодетекторов, которые помещают и/или не помещают в термостат, охлажденный до низких температур, и/или многоканального фотоэлектронного умножителя, составленного по принципу конструкции фотоэлектронного умножителя жалюзийного типа с общим катодом и множеством анодов, соответствующих множеству каналов, количеством приблизительно 150-300, а измерения спектров пропускания проводят на спектроанализаторе, соединенном с одножильным световодом, который поставлен со стороны кюветы, противоположной стороне освещения источником полихроматического света, при этом дополнительно и/или отдельно измеряют спектральную флуоресцентную картину образца при помощи флуоресцентного микроскопа, снабженного проецирующей оптической частью, лазерным источником для возбуждения образца, светофильтром, поляризатором, диспергирующим элементом, окуляром для визуального контроля и/или без окуляра, высокочуствительной фотокамерой и устройством оцифровки сигнала и сопряжения с ЭВМ (PC), и система сбора флуоресцентного излучения, испускаемого диагностируемым образцом, может быть реализована в нескольких вариантах, например, представляющем простой торец оптоволоконного катетера как для экзокорпорального, так и эндокорпорального применения, или, например, представляющем линзовую или зеркальную коллиматорную систему, которая позволяет собирать и фокусировать лучи, исходящие от сравнительно небольшого по размерам образца под разными углами, в торец приемного световода, или, например, представляющем диэлектрическую антенну, собранную из двух склеенных между собой диэлектрических пластин, одна из которых на внешней от первой пластины стороне имеет форму замедляющей волновой структуры, а граница раздела диэлектриков на одном краю пластины, где происходит максимальная фокусировка возбужденной поверхностной волны, переходит в оптоволокно, а также, с целью увеличения собирательной силы антенны, в объеме второго диэлектрика располагают сеть тонких оптоволоконных жил, которые позволяют эффективно транслировать поверхностную волну в приемный световод, или, например, представляющем оптический резонатор с возможностью вмещения в него образцов в кюветах специальной формы, например эллипсоидальной, с приемным окном световода около вершины большой полуоси, а кюветы для измерения характеристик флуоресценции и экстинкции содержимого в них выполнены в виде емкостей луночной формы с прозрачными стенками и объемами, например, в десятые, в сотые доли миллилитра для визуального просмотра микробосодержащих субстратов, и измерения характеристик конверсии и расстояния между стенками кювет лежат в пределах, превышающих поперечные размеры микробов на 5-10% и/или в тысячные доли миллилитра для очень мутных субстратов, и что для автоматизации и ускорения измерения больших партий образцов микробосодержащих субстратов кюветы равных и/или разных объемов 0.001-1 мл собирают в планшеты, а также кюветы выполняются с большим объемом и/или дополнительно встроенными в планшеты, в том числе в проточном варианте, для измерения доступных в больших количествах образцов субстратов, также сюда могут входить интегрированные с планшетой устройства для фотоакустической, оптотермической, и др. диагностик, с элементами сопряжения с ЭВМ, а также устройства для сбора интегрированного и/или неинтегрированного светового отклика, сопряжения с флуоресцентным микроскопом и механизмом горизонтального и вертикального перемещения планшеты часть кювет в планшете при этом могут быть заполнены веществами, служащими эталонами, положительным, отрицательным и т.д.
3. A device for implementing the optical diagnostics of biological microobjects and their nanocomponents, containing a cuvette to which the excitation radiation is supplied and the light response is extracted via a complex fiber-optic cable, which is multicore on the first end, and single-core, on the second end, for transmitting exciting radiation, the core of which goes to the central veins of the first end, from the third end for transmitting the light response to the spectrum analyzer it is multi-core, the veins of which go to the peripheral cores of the first end, the second end is coupled to the output of the laser radiation, and the cuvettes are made in the shape, dimensions and of materials determined by the specific application, while the recording part is made of a matrix of semiconductor photodetectors that are placed and / or not placed in a thermostat, cooled to low temperatures, and / or a multi-channel photomultiplier tube, compiled according to the design principle of a louvre type photomultiplier tube with a common cathode and many anodes corresponding to many channels c, the amount of approximately 150-300, and the measurement of the transmission spectra is carried out on a spectrum analyzer connected to a single-core fiber, which is placed on the side of the cuvette, the opposite side of the illumination source of polychromatic light, while additionally and / or separately measure the spectral fluorescence pattern of the sample using a fluorescence microscope equipped with a projecting optical part, a laser source for exciting the sample, a light filter, a polarizer, a dispersing element, an eyepiece for visual control and / or without an eyepiece, a high-sensitivity camera and a device for digitizing the signal and pairing with a computer (PC), and the system for collecting fluorescence radiation emitted by the diagnosed sample can be implemented in several versions, for example, representing a simple end of a fiber optic catheter as for an exocorporeal, and endocorporal use, or, for example, representing a lens or mirror collimator system, which allows you to collect and focus the rays coming from a relatively a large-sized sample at different angles, at the end of the receiving fiber, or, for example, representing a dielectric antenna assembled from two dielectric plates glued together, one of which has the form of a decelerating wave structure on the side external to the first plate, and the dielectric interface one edge of the plate, where the maximum focusing of the excited surface wave occurs, passes into the optical fiber, and also, in order to increase the collective force of the antenna, the volume of the second dielectric is They make up a network of thin fiber optic conductors that can effectively transmit a surface wave to a receiving fiber, or, for example, representing an optical resonator with the ability to accommodate samples in it in cells of a special shape, for example, ellipsoidal, with a fiber receiving window near the top of the major axis, and cells for measuring The characteristics of the fluorescence and extinction of the contents in them are made in the form of lunar-shaped containers with transparent walls and volumes, for example, in tenths, in hundredths of a milliliter for a visa viewing microbial substrates, and measuring the conversion characteristics and the distance between the walls of the cuvettes are in the range exceeding the transverse dimensions of microbes by 5-10% and / or thousandths of a milliliter for very turbid substrates, and that to automate and accelerate the measurement of large batches of samples of microbial containing substrates of cuvettes of equal and / or different volumes of 0.001-1 ml are collected in tablets, and cuvettes are made with a large volume and / or additionally built into tablets, including a flow-through version, for measuring available in large quantities of samples of substrates, this may also include devices integrated with a tablet for photoacoustic, optothermal, and other diagnostics, with computer interface elements, as well as devices for collecting integrated and / or non-integrated light response, pairing with a fluorescence microscope, and with the mechanism of horizontal and vertical movement of the tablet, part of the cuvettes in the tablet can be filled with substances that serve as standards, positive, negative, etc.