RU2511262C2

RU2511262C2 - Method for monitoring of treatment of disease involving fluorescence diagnostics of disease, and device for implementing it

Info

Publication number: RU2511262C2
Application number: RU2012122085/15A
Authority: RU
Inventors: Екатерина Юрьевна Борискова; Олег Геннадьевич Гапоненко; Дмитрий Вячеславович Данилков; Валентина Петровна Журавлева; Антон Сергеевич Ломов; Владимир Александрович Хоменко; Марина Михайловна Чугунова
Priority date: 2012-05-29
Filing date: 2012-05-29
Publication date: 2014-04-10
Also published as: RU2012122085A

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: group of inventions refers to laboratory diagnostics and may be used for diagnosis and monitoring of the treatment of various diseases. The method for monitoring of the treatment of the disease involves a fluorescence centre excitement of a biological fluid sample by the exposure to an emission of at least two wavelengths, and recording at least two spectra of the emission generated by the sample, respectively. The presence, degree and nature of the disease are identified by determining the spectral characteristics of the emission generated by the sample as compared to the respective reference (health) spectra and typical spectra of various diseases with the spectra compared within the range involving a laser emission dispersion line. The group of inventions also refers to a device for implementing the above method involving the lasers with various working wavelengths, fibre optic lines collected from the side of the sample into a bundle with a common tip, a spectrometer, a control unit and a computer to process the fluorescence spectra. The spectrometer comprises a collimator with removable optical light filter, a diffraction grating and a charge-coupled device matrix coupled with a signal pre-processor. The control unit regulates laser switching off/on and placing into a collimator of the optical light filter related to the switched-on laser.

EFFECT: group of inventions enables higher rate and accuracy of obtaining the analysis results.

7 cl, 1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области флуоресцентного анализа, а именно к модификациям оптоэлектронного оборудования и методам исследования с его помощью биологических объектов, и может быть использовано для идентификации многокомпонентных систем, в частности для диагностики заболевания и мониторинга его лечения на основе изменения флуоресцентного отклика биологических жидкостей.The invention relates to the field of fluorescence analysis, namely, modifications of optoelectronic equipment and methods for studying biological objects with its help, and can be used to identify multicomponent systems, in particular for diagnosing a disease and monitoring its treatment based on changes in the fluorescence response of biological fluids.

На сегодняшний день основным лабораторным методом диагностики заболеваний микробной этиологии, широко применяемым в практической работе лечебных учреждений, остается классический бактериологический метод. Основными недостатками этого метода являются длительность и сложность проведения анализа, неизбежность влияния субъективного фактора, а также невозможность его использования в качестве скринингового инструмента.To date, the main laboratory method for diagnosing diseases of microbial etiology, widely used in the practical work of medical institutions, remains the classical bacteriological method. The main disadvantages of this method are the duration and complexity of the analysis, the inevitability of the influence of the subjective factor, as well as the inability to use it as a screening tool.

Из уровня техники известен способ диагностики заболевания, включающий возбуждение различных центров флуоресценции образца путем его облучения лазерным излучением разных длин волн в ультрафиолетовом, видимом и/или инфракрасном спектральных диапазонах, и регистрацию соответствующих спектров идущего от образца излучения (см. патент RU 35440, кл. G01N 33/48, опубл. 10.01.2004). Недостатками известного способа являются отсутствие подходящей методики выбора образца и идентификации заболевания, а также невозможность проведения мониторинга лечения. Из указанного источника известно также устройство для проведения флуоресцентного анализа, содержащее источники возбуждающего излучения в виде лазеров с различными рабочими длинами волн в ультрафиолетовом, видимом и/или инфракрасном спектральных диапазонах, оптоволоконные линии, спектрометр с блоком предварительной обработки сигнала, блок управления и компьютер с установленным на нем программным обеспечением для обработки спектров флуоресценции, получаемых от блока предварительной обработки сигнала. Недостатками известного устройства являются невысокая чувствительность акустооптического спектрометра; ненадежность механических узлов (оптического затвора и т.д.); отсутствие светофильтров, исключающее возможность одновременного исследования флуоресценции и рассеяния; значительность энергетических потерь, обусловленная неоптимальностью расположения оптоволоконных линий; отсутствие автоматического управления, значительно усложняющее использование установки и обуславливающее появление неконтролируемого изменения условий эксперимента из-за большой длительности его проведения (в том числе изменение свойств самого образца); а также искажение результатов при изменении температуры и невозможность исследования спектров пропускания.A method for diagnosing a disease is known from the prior art, including exciting various centers of fluorescence of a sample by irradiating it with laser radiation of different wavelengths in the ultraviolet, visible and / or infrared spectral ranges, and recording the corresponding spectra of radiation coming from the sample (see patent RU 35440, cl. G01N 33/48, publ. 10.01.2004). The disadvantages of this method are the lack of a suitable methodology for sample selection and disease identification, as well as the inability to monitor treatment. A device for conducting fluorescence analysis is also known from this source, containing exciting radiation sources in the form of lasers with different operating wavelengths in the ultraviolet, visible and / or infrared spectral ranges, fiber optic lines, a spectrometer with a signal preprocessing unit, a control unit and a computer with an installed it software for processing the fluorescence spectra obtained from the signal preprocessing unit. The disadvantages of the known device are the low sensitivity of the acousto-optical spectrometer; unreliability of mechanical components (optical shutter, etc.); the absence of light filters, eliminating the possibility of simultaneous studies of fluorescence and scattering; the significance of energy losses due to the non-optimal arrangement of fiber optic lines; the lack of automatic control, significantly complicating the use of the installation and causing the appearance of an uncontrolled change in the experimental conditions due to the long duration of its conduct (including changing the properties of the sample itself); as well as distortion of the results when the temperature changes and the impossibility of studying the transmission spectra.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание автоматического высокоинформативного аналитического комплекса, позволяющего быстро и достоверно диагностировать заболевание и вести мониторинг его лечения. Технический результат заключается в повышении информативности результатов, полученных в автоматическом режиме.The objective of the invention is to remedy these shortcomings and create an automatic highly informative analytical complex that allows you to quickly and reliably diagnose a disease and monitor its treatment. The technical result consists in increasing the information content of the results obtained in automatic mode.

В части способа поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что способ мониторинга лечения заболевания включает флуоресцентную диагностику заболевания и заключается в возбуждении различных центров флуоресценции образца путем его облучения лазерным излучением, по крайнем мере, двух длин волн в ультрафиолетовом, видимом и/или инфракрасном спектральных диапазонах, и регистрацию соответственно, по крайней мере, двух спектров идущего от образца излучения, причем в качестве образца используют биологическую жидкость, полученную от пациента, а наличие, степень и характер заболевания идентифицируют путем выявления особенностей спектров идущего от образца излучения, полученных при различном возбуждении, по сравнению с соответствующими спектрами эталонного образца, выбранного в качестве здорового, и типовыми спектрами наиболее распространенных заболеваний, при этом для проведения мониторинга лечения измерения проводят для одного и того же пациента через различные промежутки времени, а сравнение спектров проводят в диапазоне, включающем линию рассеянного лазерного излучения. В качестве биологической жидкости может быть использована кровь, плазма крови, моча, гной и/или плевральная жидкость. Целесообразно дополнительно регистрировать спектр пропускания образца, проводить его сравнение со спектром пропускания эталонного образца и использовать выявленные особенности спектра пропускания в качестве дополнительного параметра для идентификации наличия, степени и характера заболевания.In terms of the method, the problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that the method for monitoring the treatment of the disease includes fluorescence diagnosis of the disease and consists in the excitation of various centers of fluorescence of the sample by irradiating it with laser radiation, at least two wavelengths in ultraviolet, visible and / or infrared spectral ranges, and registration, respectively, of at least two spectra coming from the sample radiation, and as a sample using biological fluid the awn obtained from the patient, and the presence, degree and nature of the disease is identified by identifying the characteristics of the spectra of radiation emanating from the sample obtained with different excitation, compared with the corresponding spectra of the reference sample selected as healthy, and typical spectra of the most common diseases, to monitor treatment, measurements are taken for the same patient at different time intervals, and spectra are compared in a range including the p line seeded laser radiation. As a biological fluid, blood, blood plasma, urine, pus and / or pleural fluid can be used. It is advisable to additionally record the transmission spectrum of the sample, to compare it with the transmission spectrum of the reference sample and use the identified features of the transmission spectrum as an additional parameter to identify the presence, degree and nature of the disease.

В части устройства поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в устройстве для осуществления указанного способа, содержащем, по крайней мере, два источника возбуждающего излучения в виде лазеров с различными рабочими длинами волн в ультрафиолетовом, видимом и/или инфракрасном спектральных диапазонах, оптоволоконные линии, спектрометр с блоком предварительной обработки сигнала, блок управления и компьютер с установленным на нем программным обеспечением для обработки спектров флуоресценции, получаемых от блока предварительной обработки сигнала, передающие оптоволоконные линии, идущие от каждого лазера к образцу, а также приемная оптоволоконная линия, идущая от образца к спектрометру, со стороны образца собраны в пучок с общим наконечником, спектрометр содержит коллиматор со сменными светофильтрами, дифракционную решетку и ПЗС-матрицу, соединенную с блоком предварительной обработки сигнала, а блок управления, получающий командные сигналы от компьютера, выполнен с возможностью управления включением/выключением лазеров и установкой в коллиматоре соответствующего включенному лазеру светофильтра. Перед наконечником оптоволоконных линий предпочтительно установлен подвижный держатель образцов, выполненный с возможностью установки перед наконечником одного из образцов в соответствии с сигналом от блока управления. С противоположной от наконечника стороны держателя может быть установлен источник излучения со сплошным спектром для исследования пропускания образца. Держатель образцов предпочтительно расположен в теплоизолированном кожухе, который оснащен термостатом, подключенным к блоку управления.In terms of the device, the problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that in the device for implementing the specified method, containing at least two sources of exciting radiation in the form of lasers with different operating wavelengths in the ultraviolet, visible and / or infrared spectral ranges, fiber optic lines, a spectrometer with a signal pre-processing unit, a control unit and a computer with software installed on it for processing the fluorescence spectra obtained t of the signal preprocessing unit, transmitting fiber lines coming from each laser to the sample, as well as a receiving fiber line coming from sample to spectrometer, are collected from the sample side in a beam with a common tip, the spectrometer contains a collimator with interchangeable filters, a diffraction grating and a CCD -matrix connected to the signal preprocessing unit, and the control unit receiving command signals from the computer is configured to control the on / off of the lasers and set to collimator corresponding to the included laser filter. Preferably, a movable specimen holder is mounted in front of the tip of the fiber optic lines, which is arranged to install one of the samples in front of the tip in accordance with the signal from the control unit. On the opposite side of the tip of the holder, a continuous-spectrum radiation source can be installed to study the transmission of the sample. The sample holder is preferably located in a thermally insulated casing, which is equipped with a thermostat connected to the control unit.

На чертеже представлена общая схема предлагаемого устройства.The drawing shows a General diagram of the proposed device.

Устройство для проведения флуоресцентного анализа содержит источник возбуждения 1, спектрометр 2, соединительные оптоволоконные линии 3 и держатель образцов 4. В качестве источника возбуждения 1 используется система, включающая три лазера 5 с рабочими длинами волн в красном, зеленом и синем диапазонах видимого спектра (также можно использовать ультрафиолетовый и/или инфракрасный диапазоны). Спектрометр 2 содержит коллиматор 6, в котором установлено колесо 7 со сменными светофильтрами, полихроматор с дифракционной решеткой 8 и системой поворотных зеркал 9 и систему регистрации в виде ПЗС-линейки 10, соединенной с блоком предварительной обработки сигнала 11. Передающие оптоволоконные линии 3', идущие от лазеров 5, и приемная оптоволоконная линия 3”, ведущая к спектрометру 2, со стороны образца 12 собраны в пучок с общим наконечником 13, установленным под острым углом (в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа) к поверхности образца 12. Образцы 12, представляющие собой спектрометрические пробирки с исследуемой жидкостью, устанавливаются в отсеках подвижного держателя 4 (в держателе может быть выполнено 12 или более отсеков). Для получения информации о пропускании с другой стороны от исследуемого образца 12 установлен источник сплошного спектра (лампа) 14.A device for conducting fluorescence analysis contains an excitation source 1, a spectrometer 2, connecting fiber optic lines 3 and a sample holder 4. As an excitation source 1, a system including three lasers 5 with operating wavelengths in the red, green, and blue ranges of the visible spectrum is used (it is also possible use ultraviolet and / or infrared ranges). Spectrometer 2 contains a collimator 6, in which a wheel 7 with interchangeable light filters is installed, a polychromator with a diffraction grating 8 and a system of rotary mirrors 9, and a registration system in the form of a CCD array 10 connected to a signal preprocessing unit 11. Transmitting optical fiber lines 3 ', going from lasers 5, and a 3 ”receiving fiber-optic line leading to spectrometer 2, from the side of sample 12 are assembled in a beam with a common tip 13 installed at an acute angle (in a plane perpendicular to the plane of the drawing) to the image surface tsa 12. Samples 12, which are spectrometric tubes with the test liquid, are installed in the compartments of the movable holder 4 (12 or more compartments can be made in the holder). To obtain information about the transmission on the other side of the test sample 12, a continuous spectrum source (lamp) 14 is installed.

Выбор исследуемого образца 12 (за счет изменения положения подвижного держателя 4), работа лазеров 5 и лампы 14 (их включение/выключение), а также установка соответствующего светофильтра (путем поворота колеса 7) осуществляется с помощью блока управления 15, подключенного к компьютеру 16 с установленным на нем необходимым программным обеспечением. Блок предварительной обработки сигнала 11 также подключен к компьютеру 16 для визуализации и обработки полученных спектров.The choice of the test sample 12 (by changing the position of the movable holder 4), the operation of the lasers 5 and the lamp 14 (turning them on / off), as well as installing the corresponding filter (by turning the wheel 7) is carried out using the control unit 15 connected to the computer 16 s the necessary software installed on it. The signal preprocessing unit 11 is also connected to the computer 16 for visualization and processing of the obtained spectra.

Для исключения влияния внешних условий на интенсивность флуоресценции во время измерений держатель 4 с пробирками 12 располагается в теплоизолированном кожухе 17. Кожух 17 оснащен термостатом 18, температурный режим которого задается блоком управления 15. В кожухе 17 также установлена бактерицидная лампа 19, дезинфицирующая его внутренний объем после окончания эксперимента.To exclude the influence of external conditions on the fluorescence intensity during measurements, the holder 4 with tubes 12 is located in a thermally insulated casing 17. The casing 17 is equipped with a thermostat 18, the temperature mode of which is set by the control unit 15. In the casing 17, a bactericidal lamp 19 is also installed, which disinfects its internal volume after the end of the experiment.

Вариации доступных команд для блока управления 15 выведены в интерфейс специализированной программы, установленной на компьютере 16. В этой же программе происходит визуализация и обработка полученных спектров, отсюда же может осуществляться печать полученных данных и изображений. Разработанная программа позволяет в автоматическом режиме учитывать уровень шума, подбирать необходимую экспозицию в зависимости от уровня сигнала, усреднять значения для серии измерений, выявлять особенности формы спектра, ассоциировать эти особенности с определенным типом заболевания, а также вести базу данных с привязкой к медицинской карте пациента и проводить статистический анализ содержащейся в базе информации.Variations of the available commands for the control unit 15 are displayed in the interface of a specialized program installed on the computer 16. In the same program, the spectra obtained are visualized and processed, and the obtained data and images can be printed from here. The developed program allows you to automatically take into account the noise level, select the required exposure depending on the signal level, average the values for a series of measurements, identify features of the spectrum shape, associate these features with a specific type of disease, and also maintain a database linked to the patient’s medical record and conduct statistical analysis of the information contained in the database.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

По команде от компьютера 16 блок управления 15 устанавливает термостат 17 на выбранную температуру. После достижение необходимой температуры блок управления 15 включает один из источников света (один из лазеров 5 или лампу 14) и поворачивает колесо 7 светофильтров в соответствующее положение. Если включен один из лазеров 5, то свет от него по передающей оптоволоконной линии 3' направляется к образцу и переводит его центры флуоресценции (поглощающие в области излучения этого лазера) в возбужденное состояние. Релаксация из этого состояния вызывает свечение в более широком диапазоне, которое по приемной линии 3” поступает к спектрометру 2 (установка наконечника 13 под углом исключает вероятность попадания в приемную линию света лазера, отраженного от поверхности пробирки). Если же включена лампа 14, то на спектрометр 2 поступает ее излучение, спектр которого искажен образцом и характеризует его поглощения. Из приемной линии 3” пучок света направляется в коллиматор 6, где расширяется, проходит через светофильтр и фокусируется на входной щели полихроматора. Изображение щели с помощью зеркал 9 направляется на дифракционную решетку 8, после чего разложенное в спектр, попадает на ПЗС-линейку 10. Электрический сигнал от фотодиодов линейки 10, величина которого соответствует интенсивности излучения на соответствующей длине волны, направляется в блок предварительной обработки сигнала 11, а затем на компьютер 16, где производится его окончательная обработка специализированным программным обеспечением. Затем система включает следующий источник света (отключая предыдущий) и цикл измерения повторяется. После окончания серии измерений одного образца по команде блока управления 15 держатель 4 устанавливает перед наконечником 13 следующий образец 12.On command from the computer 16, the control unit 15 sets the thermostat 17 to the selected temperature. After reaching the required temperature, the control unit 15 turns on one of the light sources (one of the lasers 5 or the lamp 14) and rotates the filter wheel 7 to the corresponding position. If one of the lasers 5 is turned on, then the light from it is transmitted through the fiber optic transmission line 3 'to the sample and puts its fluorescence centers (absorbing in the radiation region of this laser) into an excited state. Relaxation from this state causes luminescence in a wider range, which is transmitted through the receiving line 3 ”to the spectrometer 2 (installing the tip 13 at an angle eliminates the possibility of laser radiation reflected from the surface of the tube entering the receiving line). If the lamp 14 is turned on, then its spectrometer 2 receives its radiation, the spectrum of which is distorted by the sample and characterizes its absorption. From the receiving line 3 ”the light beam is directed to the collimator 6, where it expands, passes through the filter and focuses on the entrance slit of the polychromator. The image of the slit with the help of mirrors 9 is sent to the diffraction grating 8, and then expanded into the spectrum, it is incident on the CCD line 10. The electric signal from the photodiodes of line 10, the value of which corresponds to the radiation intensity at the corresponding wavelength, is sent to the signal preprocessing unit 11, and then to computer 16, where it is finalized with specialized software. Then the system turns on the next light source (turning off the previous one) and the measurement cycle repeats. After the end of a series of measurements of one sample at the command of the control unit 15, the holder 4 sets the next sample 12 in front of the tip 13.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет в автоматическом режиме без дополнительных команд пользователя последовательно (с интервалом порядка мкс) снимать по 4 характеристических спектра для каждого образца (3 спектра флуоресценции при возбуждении различными лазерами 5 и спектр пропускания при включенной лампе 14 и выключенных лазерах 5). Спектры флуоресценции получают в диапазоне, включающем линию лазерного излучения, частично задавленного соответствующим светофильтром, т.е. эти спектры также несут информацию о рассеянии образца. Путем подбора соответствующего светофильтра можно относительно уравнять интенсивности рассеянного и флуоресцентного излучений и таким образом обеспечить возможность их одновременного наблюдения с необходимым уровнем информативности. Тот факт, что все характеристические спектры снимаются практически в одно время, минимизирует возможность изменения неконтролируемых параметров (в том числе связанных со старением образца и/или с человеческим фактором), а следовательно, значительно повышает адекватность полученных результатов.Thus, the proposed device allows in automatic mode, without additional user commands, sequentially (with an interval of the order of μs) to take 4 characteristic spectra for each sample (3 fluorescence spectra when excited by various lasers 5 and the transmission spectrum with the lamp 14 on and the lasers 5 off). The fluorescence spectra are obtained in the range including the line of laser radiation partially suppressed by the corresponding light filter, i.e. these spectra also carry information about the scattering of the sample. By selecting the appropriate filter, it is possible to relatively equalize the intensities of the scattered and fluorescent radiation and thus provide the possibility of their simultaneous observation with the necessary level of information. The fact that all characteristic spectra are recorded almost at the same time minimizes the possibility of changing uncontrolled parameters (including those related to sample aging and / or the human factor), and therefore, significantly increases the adequacy of the results.

Диагностика заболевания и мониторинг его лечения с помощью предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.Diagnosis of the disease and monitoring of its treatment using the proposed device is as follows.

У пациента производят забор образца биологической жидкости, например плазмы крови (также может быть использована сама кровь, моча, гной, плевральная или другая биологическая жидкость). Для повышения информативности возможно использование при анализе одновременно нескольких жидкостей от одного пациента. В случае необходимости перед началом измерений жидкость может быть подготовлена особым образом путем физического воздействия или добавления специальных реагентов. Затем образец 12 жидкости помещают в стандартизированную спектрометрическую пробирку и устанавливают пробирку в один из отсеков держателя 4.A patient takes a sample of a biological fluid, such as blood plasma (blood, urine, pus, pleural or other biological fluid may also be used). To increase the information content, it is possible to use several liquids from one patient during analysis. If necessary, before starting measurements, the liquid can be prepared in a special way by physical action or by adding special reagents. Then the sample 12 of the liquid is placed in a standardized spectrometric tube and the tube is installed in one of the compartments of the holder 4.

В специализированной программе формируют описание каждого из установленных в держателе образцов (тип жидкости, ФИО пациента, дата рождения и т.д.), после чего подают команду о начале измерений. В соответствии с этой командой блок управления 15 начинает пошагово перемещать держатель 4 таким образом, что перед наконечником 13 последовательно располагаются различные образцы 12. В течение одного шага для каждого образца получают 4 спектра: 3 спектра излучения путем последовательного возбуждения различных центров флуоресценции образца излучением от 3-х разных лазеров и 1 спектр пропускания при выключенных лазерах 5 и включенном источнике сплошного спектра 14. С целью повышения точности измерения каждый спектр снимают несколько раз, после чего проводят усреднение для серии измерений.In a specialized program, a description of each of the samples installed in the holder (type of fluid, patient name, date of birth, etc.) is formed, after which a command is issued to start the measurement. In accordance with this command, the control unit 15 begins to move the holder 4 in a step-by-step manner so that different samples are arranged sequentially in front of the tip 13. During one step, 4 spectra are obtained for each sample: 3 emission spectra by sequentially exciting various fluorescence centers of the sample by radiation from 3 different lasers and 1 transmission spectrum with the lasers 5 turned off and the continuous spectrum source 14 turned on. In order to increase the measurement accuracy, each spectrum is recorded several times, after e which are averaged for a series of measurements.

Набор характерных спектров, полученных для каждого образца, сравнивают с соответствующими спектрами эталонного образца, выбранного в качестве здорового (например, плазмы крови или другой жидкости заведомо здорового донора). Для учета информации о коэффициенте рассеяния сравнение спектров излучения проводят в диапазоне, включающем лазерную линию. Наличие, степень и характер заболевания идентифицируют путем выявления особенностей формы спектров: наличие дополнительных полос, различие в их ширинах, соотношение и абсолютные значения интенсивностей (как интенсивности отдельных полос, так и интегральной интенсивности) и т.п.A set of characteristic spectra obtained for each sample is compared with the corresponding spectra of a reference sample selected as healthy (for example, blood plasma or another known healthy donor fluid). To take into account information about the scattering coefficient, the comparison of the emission spectra is carried out in the range including the laser line. The presence, degree and nature of the disease is identified by identifying the features of the shape of the spectra: the presence of additional bands, the difference in their widths, the ratio and absolute values of the intensities (both the intensities of the individual bands, and the integrated intensity), etc.

Для проведения диагностики в программу загружают базу данных с типовыми спектрами наиболее распространенных заболеваний и осуществляют автоматическое распознавание. Для проведения мониторинга лечения проводят измерения для одного и того же пациента через различные промежутки времени.For diagnostics, a database with typical spectra of the most common diseases is loaded into the program and automatic recognition is performed. To monitor treatment, measurements are taken for the same patient at different intervals.

Результаты измерений и сравнения отражаются на мониторе в виде соответствующих графиков, диаграмм и таблиц. Все результаты сохраняют в базе данных для обеспечения возможности последующей обработки и контроля.The results of measurements and comparisons are displayed on the monitor in the form of corresponding graphs, charts and tables. All results are stored in a database to enable subsequent processing and control.

Предлагаемое изобретение позволяет быстро и точно проводить комплексный анализ исследуемых объектов, дающий о них полную и емкую информацию. Наличие нескольких лазеров позволяет выборочно возбуждать различные центры свечения и снимать их характеристики независимо друг от друга. Полихроматор на основе дифракционной решетки снижает влияние электрических помех и в совокупности с колесом светофильтров в коллиматоре обеспечивает возможность одновременного наблюдения флуоресценции и рассеяния. Электронная система регистрации на основе ПЗС-матрицы, одновременно дающая информацию об интенсивностях излучения на различных длинах волн, позволяет получить гораздо более точное спектральное отображение и непосредственно сравнивать формы полученных спектров. Наличие источника сплошного спектра позволяет дополнить полученные данные спектрами пропускания. Установка держателя с образцами в термостате исключает возможность влияния температурных изменений окружающей среды на результаты эксперимента. Проведение анализа в автоматическом режиме значительно ускоряет исследование и снижает вероятность появления некорректных данных. Использование в качестве образца биологической жидкости упрощает его получение и позволяет определить степень влияние заболевания на те или иные системы организма. Идентификация заболевания путем сравнения с эталонным образцом обеспечивает возможность проведения объективного компьютерного распознавания. Таким образом, заявленное изобретение в целом позволяет значительно повысить достоверность и информативность проводимого анализа.The present invention allows you to quickly and accurately conduct a comprehensive analysis of the studied objects, giving them complete and comprehensive information. The presence of several lasers makes it possible to selectively excite various centers of luminescence and record their characteristics independently of each other. A diffraction-based polychromator reduces the effect of electrical noise and, together with the color filter wheel in the collimator, provides the possibility of simultaneous observation of fluorescence and scattering. An electronic registration system based on a CCD matrix, which simultaneously provides information on radiation intensities at various wavelengths, allows one to obtain a much more accurate spectral display and directly compare the shapes of the obtained spectra. The presence of a continuous spectrum source makes it possible to supplement the obtained data with transmission spectra. The installation of the holder with samples in the thermostat eliminates the possibility of the influence of temperature changes in the environment on the results of the experiment. The analysis in automatic mode significantly speeds up the study and reduces the likelihood of incorrect data. The use of biological fluid as a sample simplifies its preparation and allows one to determine the degree of the influence of the disease on various systems of the body. Identification of the disease by comparison with a reference sample provides the ability to conduct objective computer recognition. Thus, the claimed invention as a whole allows to significantly increase the reliability and information content of the analysis.

ПримерExample

Пациент П., 75 лет, муж.Patient P., 75 years old, husband.

При исследовании плазмы крови согласно предлагаемому способу с помощью предлагаемого устройства в автоматическом режиме было установлено, что форма спектров излучения образца с вероятностью 78% соответствуют диагнозу DS: Туберкулезный сакроилеит. По результатам диагностики было назначено 4 противотуберкулезных препарата по первой схеме. Спустя месяц в рамках мониторинга лечения была повторно взята кровь на флуоресцентный анализ, который показал, что проводимая химиотерапия не эффективна (интенсивность сигнала возросла по всему спектру). Относительная интенсивность флуоресценции контролировалась по интенсивности пика рассеянного лазерного излучения. Было выдвинуто предположение, что у больного имеется лекарственная устойчивость к противотуберкулезным препаратам. У пациента рифампицин был заменен на рифабутин, пиразинамид на протионамид, а этамбутол заменен на авелокс. Через 3 недели вновь была взята кровь на флуоресцентный анализ, который показал резкое падение интенсивности флуоресценции, что свидетельствует о правильности подбора проводимой противотуберкулезной химиотерапии и наличии лекарственной устойчивости. Все результаты флуоресцентной диагностики спустя несколько дней были подтверждены классическими клиническими методами.When examining blood plasma according to the proposed method using the proposed device in automatic mode, it was found that the shape of the radiation spectra of the sample with a probability of 78% correspond to the diagnosis DS: Tuberculous sacroileitis. Based on the diagnostic results, 4 anti-TB drugs were prescribed according to the first scheme. A month later, in the framework of monitoring the treatment, blood was again taken for fluorescence analysis, which showed that the chemotherapy performed was not effective (the signal intensity increased throughout the spectrum). The relative fluorescence intensity was controlled by the peak intensity of the scattered laser radiation. It has been suggested that the patient has drug resistance to anti-TB drugs. In the patient, rifampicin was replaced with rifabutin, pyrazinamide with protionamide, and ethambutol replaced with avelox. After 3 weeks, blood was again taken for fluorescence analysis, which showed a sharp drop in fluorescence intensity, which indicates the correctness of the selection of the ongoing anti-tuberculosis chemotherapy and the presence of drug resistance. All the results of fluorescence diagnostics a few days later were confirmed by classical clinical methods.

Claims

1. A method for monitoring the treatment of a disease, including fluorescence diagnosis of the disease and consisting in the excitation of various centers of fluorescence of the sample by irradiating it with laser radiation, at least two wavelengths in the ultraviolet, visible and / or infrared spectral ranges, and recording, respectively, at least , two spectra of radiation coming from the sample, characterized in that the biological fluid obtained from the patient is used as the sample, and the presence, extent and nature of the disease they are identified by identifying the spectra of radiation emanating from the sample obtained under various excitations, compared with the corresponding spectra of the reference sample selected as healthy and typical spectra of the most common diseases, while for monitoring treatment, measurements are carried out for the same patient through different time intervals, and the comparison of the spectra is carried out in the range including the line of scattered laser radiation.

2. The method according to claim 1, characterized in that the biological fluid used is blood, blood plasma, urine, pus and / or pleural fluid.

3. The method according to claim 1, characterized in that the transmission spectrum of the sample is additionally recorded, its comparison with the transmission spectrum of the reference sample is carried out, and the revealed transmission spectrum features are used as an additional parameter to identify the presence, degree and nature of the disease.

4. The device for implementing the method according to claim 1, containing at least two sources of exciting radiation in the form of lasers with different operating wavelengths in the ultraviolet, visible and / or infrared spectral ranges, fiber optic lines, a spectrometer with a signal preprocessing unit, a control unit and a computer with software for processing the fluorescence spectra obtained from the signal pre-processing unit, characterized in that the transmitting optical fiber lines, and coming from each laser to the sample, as well as the receiving fiber line from the sample to the spectrometer, are collected from the sample side in a beam with a common tip, the spectrometer contains a collimator with interchangeable filters, a diffraction grating and a CCD matrix connected to the signal preprocessing unit, and the control unit receiving command signals from the computer is configured to control the on / off of the lasers and the installation in the collimator of a filter corresponding to the switched on laser.

5. The device according to claim 4, characterized in that a movable sample holder is installed in front of the tip of the fiber optic lines, configured to install one of the samples in front of the tip in accordance with the signal from the control unit.

6. The device according to claim 5, characterized in that on the opposite side of the tip of the holder is a radiation source with a continuous spectrum for studying the transmission of the sample.

7. The device according to claim 5, characterized in that the sample holder is located in a thermally insulated casing, which is equipped with a thermostat connected to the control unit.