RU2663938C1 - Устройство для оптической диагностики кровоснабжения и жизнеобеспечения биологических тканей - Google Patents
Устройство для оптической диагностики кровоснабжения и жизнеобеспечения биологических тканей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2663938C1 RU2663938C1 RU2017118132A RU2017118132A RU2663938C1 RU 2663938 C1 RU2663938 C1 RU 2663938C1 RU 2017118132 A RU2017118132 A RU 2017118132A RU 2017118132 A RU2017118132 A RU 2017118132A RU 2663938 C1 RU2663938 C1 RU 2663938C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- recording
- radiation
- polychromator
- amplifier
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 24
- 230000036770 blood supply Effects 0.000 title claims description 12
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 39
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000002189 fluorescence spectrum Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 7
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 208000026062 Tissue disease Diseases 0.000 abstract description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000002277 temperature effect Effects 0.000 abstract 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 description 17
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 8
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 6
- 210000003491 skin Anatomy 0.000 description 6
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 5
- VWWQXMAJTJZDQX-UYBVJOGSSA-N flavin adenine dinucleotide Chemical compound C1=NC2=C(N)N=CN=C2N1[C@@H]([C@H](O)[C@@H]1O)O[C@@H]1CO[P@](O)(=O)O[P@@](O)(=O)OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)CN1C2=NC(=O)NC(=O)C2=NC2=C1C=C(C)C(C)=C2 VWWQXMAJTJZDQX-UYBVJOGSSA-N 0.000 description 5
- 235000019162 flavin adenine dinucleotide Nutrition 0.000 description 5
- 239000011714 flavin adenine dinucleotide Substances 0.000 description 5
- 229940093632 flavin-adenine dinucleotide Drugs 0.000 description 5
- 230000004089 microcirculation Effects 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 206010012601 diabetes mellitus Diseases 0.000 description 4
- BOPGDPNILDQYTO-NNYOXOHSSA-N nicotinamide-adenine dinucleotide Chemical compound C1=CCC(C(=O)N)=CN1[C@H]1[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](COP(O)(=O)OP(O)(=O)OC[C@@H]2[C@H]([C@@H](O)[C@@H](O2)N2C3=NC=NC(N)=C3N=C2)O)O1 BOPGDPNILDQYTO-NNYOXOHSSA-N 0.000 description 4
- 229930027945 nicotinamide-adenine dinucleotide Natural products 0.000 description 4
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 3
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000001506 fluorescence spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 230000002503 metabolic effect Effects 0.000 description 3
- 230000008844 regulatory mechanism Effects 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- INGWEZCOABYORO-UHFFFAOYSA-N 2-(furan-2-yl)-7-methyl-1h-1,8-naphthyridin-4-one Chemical compound N=1C2=NC(C)=CC=C2C(O)=CC=1C1=CC=CO1 INGWEZCOABYORO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUMBMVFBXHLACL-UHFFFAOYSA-N Melanin Chemical compound O=C1C(=O)C(C2=CNC3=C(C(C(=O)C4=C32)=O)C)=C2C4=CNC2=C1C XUMBMVFBXHLACL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 208000012641 Pigmentation disease Diseases 0.000 description 2
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 2
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 2
- 210000004400 mucous membrane Anatomy 0.000 description 2
- 230000001114 myogenic effect Effects 0.000 description 2
- 230000001272 neurogenic effect Effects 0.000 description 2
- 230000001575 pathological effect Effects 0.000 description 2
- 238000001055 reflectance spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000000985 reflectance spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 2
- 208000002249 Diabetes Complications Diseases 0.000 description 1
- 108010064719 Oxyhemoglobins Proteins 0.000 description 1
- 206010068774 Skin flap necrosis Diseases 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 239000000090 biomarker Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000005515 coenzyme Substances 0.000 description 1
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 108010002255 deoxyhemoglobin Proteins 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000002405 diagnostic procedure Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 208000035475 disorder Diseases 0.000 description 1
- 230000003511 endothelial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 210000003238 esophagus Anatomy 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000011990 functional testing Methods 0.000 description 1
- 230000036252 glycation Effects 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000010247 heart contraction Effects 0.000 description 1
- 230000000004 hemodynamic effect Effects 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 210000000936 intestine Anatomy 0.000 description 1
- 210000003141 lower extremity Anatomy 0.000 description 1
- 210000004088 microvessel Anatomy 0.000 description 1
- 230000000771 oncological effect Effects 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 210000001672 ovary Anatomy 0.000 description 1
- 230000010627 oxidative phosphorylation Effects 0.000 description 1
- 230000008506 pathogenesis Effects 0.000 description 1
- 230000007170 pathology Effects 0.000 description 1
- 230000002263 peptidergic effect Effects 0.000 description 1
- 230000010412 perfusion Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 description 1
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 230000002889 sympathetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000009885 systemic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000287 tissue oxygenation Effects 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- -1 tungsten halogen Chemical class 0.000 description 1
- 210000004509 vascular smooth muscle cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000001457 vasomotor Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Physiology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Изобретение относится к медицинской технике. Устройство содержит лазерные излучатели с длинами волн 450 и 1064 нм, светодиод с длиной волны 365 нм и широкополосный источник излучения с диапазоном длин волн 360-2400 нм. Оптико-электронная система регистрации сигналов лазерной допплеровской флоуметрии выполнена в виде двух идентичных каналов регистрации допплеровского сигнала, каждый из которых включает последовательно соединенные фотоприемник, преобразователь ток-напряжение, усилитель, аналого-цифровой преобразователь. В свою очередь оптико-электронная система регистрации спектров флуоресценции и спектров диффузного отражения содержит полихроматор, построенный по симметричной скрещенной схеме Черни-Тернера с плоской дифракционной решеткой и ПЗС приемником, усилитель, АЦП. Устройство содержит дополнительный канал температурного воздействия, построенный на элементе Пельтье, с соответствующим блоком управления, позволяющим менять полярность питающего напряжения. Приемные оптоволоконные линии, идущие к полихроматору и фотодиодам, собраны в жгут с разветвленной приборной и единой рабочей частью с общим наконечником, который непосредственно сопрягается с блоком Пельтье. Изобретение позволяет повысить точность и достоверность комплексной диагностики микроциркуляторно-тканевых нарушений биотканей человека. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области медицинского приборостроения, а именно к неинвазивным устройствам для диагностики параметров кровоснабжения и жизнеспособности биотканей, например, нижних конечностей пациентов с сахарным диабетом.
Системные микроциркуляторные нарушения играют ключевую роль в патогенезе осложнений различных заболеваний. Одним из перспективных направлений для неинвазивной диагностики кровоснабжения и жизнеобеспечения биологических тканей является применение оптических неинвазивных технологий в сочетанном виде (мультимодальный подход), то есть путем одновременной регистрации нескольких диагностических параметров с помощью разных методов в практически одинаковом диагностическом объеме биоткани. Метод лазерной допплеровской флоуметрии (ЛДФ) дает возможность неинвазивно исследовать состояние микроциркуляторного русла (Крупаткин А.И., Сидоров В.В. Функциональная диагностика состояния микроциркуляторно-тканевых систем: колебания, информация, нелинейность: руководство для врачей. – М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ»; 2013, с. 496). Дополнительные возможности в оценке изменений, происходящих в системе микроциркуляции крови, дает проведение спектрального анализа регистрируемого сигнала ЛДФ. Применение данного математического аппарата делает возможным анализ различных механизмов регуляции в широком диапазоне частот (0,0095-1,6 Гц). В настоящее время выделяют несколько основных частотных диапазонов, учитывающих влияние различных механизмов регуляции, а именно, эндотелиальные (0,0095-0,02 Гц), отражающие NO - зависимые влияния, нейрогенные (0,021-0,046 Гц), отражающие влияние нейрогенной симпатической вазомоторной активности, общие миогенные (0,047-0,145 Гц), связанные с активностью гладкомышечных клеток сосудов, а также пульсовые (0,8-1,6 Гц) и дыхательные (0,2-0,4 Гц), отражающие влияние сердечных сокращений и дыхания. В рамках общего миогенного диапазона выделяют колебания сенсорного пептидергического генеза 0,047-0,069 Гц и собственно миогенные 0,07-0,145 Гц.
Наряду с традиционным на сегодняшний день методом ЛДФ для исследования микрососудистого русла представляется перспективным и более информативным совместно с ним применять метод флуоресцентной спектроскопии (ФС), хорошо зарекомендовавший себя во многих областях медицины (онкология, косметология и др.), для регистрации спектров флуоресценции различных коферментов биоткани (Лакович Дж. Основы флуоресцентной спектроскопии. - М.: Мир; 1986, с. 496 с.). При анализе метаболической активности для оценки жизнеспособности биологических тканей важно оценивать концентрацию индикаторов окислительного фосфорилирования: восстановленного никотиноадениндинуклеотида (НАДН) и флавинадениндинуклеотида (ФАД) (Mokry М., Gal P. and et.al. Experimental study on predicting skin flap necrosis by fliorescence in the FAD and NADH bands during surgery // Photochem. Photobiol. - 2007. - v. 83, n. 5. - pp.1193-1196.). Однако за счет неравномерности пигментации кожи сигнал, полученный методом ФС, имеет большие вариации, которые можно уменьшить если проводить нормировку флуоресценции по отражению, используя данные метода спектроскопии диффузного отражения (СДО). Кроме того, метод СДО дает важную диагностическую информацию об оксигенации и кровенаполнении тканей, опирающуюся на различиях в спектрах поглощения основных тканевых хромофоров - оксигемоглобина (HbO2) и дезоксигемоглобина (Hb) (Lister, Т., Wright, Р.А., Chappell, Р.Н. Optical properties of human skin // J. Biomed. Opt. 2012. Vol. 17, №9. P. 90901-1.).
Более информативным и метрологически обоснованным направлением применения методов оптической неинвазивной диагностики является применение функциональных тестов (провокационных проб). Это позволяет расширить диагностические возможности методов и оценивать не только общее функциональное состояние микроциркуляторного русла, но и его резервные и адаптивные возможности. Дополнительный диагностический потенциал параметров кровоснабжения и жизнеобеспечения тканей, в том числе при сахарном диабете, и выявлении факторов, способствующих развитию осложнений, дает применение локальных температурных проб.
Отсутствие в едином приборном варианте возможности одновременной регистрации амплитудно-частотного спектра ЛДФ, спектров ФС и СДО в практически одном диагностическом объеме не позволяет оперативно и эффективно проводить подобную диагностику кровоснабжения и жизнеобеспечения биологических тканей.
Известен способ определения конечных продуктов гликирования или патологического состояния с помощью регистрации флуоресценции тканей (патент США 8078243, МПК4 G01N 21/31, G01N 21/35, А61В 5/00, опубл. 13.12.11). Устройство для его реализации содержит оптико-волоконный зонд, который осуществляет передачу излучения от источников белого света и светодиодов, а также сбор отраженного света и вызванной флуоресценции кожи и передачу их на приемники излучения. Патологическое состояние биологических тканей, в том числе при диагностике осложнений сахарного диабета, определяется по интенсивности света, излучаемого тканью за счет флуоресценции. Кроме того, в способе предложен метод коррекции ошибок за счет контроля отражательной способности биоткани.
Недостатком данного устройства является отсутствие канала регистрации параметров состояния гемодинамических параметров кровотока, а именно, канала ЛДФ, а также связи с персональным компьютером, что исключает возможность автоматического управления, обработки большого массива данных в реальном масштабе времени с возможностью интерпретации результатов в форме «норма-патология», облегчающих работу врача.
Известен также волоконный флуоресцентно-отражательный многоканальный спектрометр (Kang Uk., Папаян Г.В., Березин В.Б., Петрищев Н.Н., Галагудза М.М. Спектрометр для флуоресцентно-отражательных биомедицинских исследований // Оптический журнал. 2013. Т. 80. №1. С. 56-67), который включает в себя светодиодный осветитель, генерирующий излучение в ближней ультрафиолетовой области с длиной волны 365 нм. Спектры флуоресценции регистрируются в области 400-750 нм, а спектры отражения - в области 350-750 нм. Регистрация спектров отражения позволяет проводить коррекцию показаний автофлуоресценции кожи, что способствует снижению ее зависимости от степени пигментации кожи.
Спектрометр для флуоресцентно-отражательных биомедицинских исследований обладает тем же существенным недостатком, что и предыдущий аналог, то есть отсутствует канал для измерения параметров микрогемоциркуляторного русла, а метаболическая активность, характеризуемая изменением спектров флуоресценции основных флуорофоров НАДН и ФАД тесно связана с кровотоком в большинстве органов тела, что требует регистрации и анализа его параметров.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является диагностический комплекс для измерения медико-биологических параметров кожи и слизистых оболочек in vivo (патент РФ 2337608; МПК8 А61В 5/00, А61В 5/05, G01J 3/28, G01N 21/47, 2008 г.), содержащий блок источников первичного оптического излучения с разными длинами волн излучения, снабженный синхронизатором со встроенным генератором опорных сигналов, двоичным счетчиком импульсов и преобразователем двоичного кода в позиционный, систему транспортировки первичного и вторичного излучения к биологической ткани и обратно, выполненную в виде жгута оптических волокон с разветвленной приборной и единой рабочей частью, оптико-электронную систему регистрации вторичного оптического излучения, состоящую из трех фотоприемников и снабженную разностным блоком формирования допплеровского сигнала, полихроматор с дифракционной решеткой и устройство сбора и трансляции данных в блок обработки результатов диагностики.
Однако в данном диагностическом устройстве блок источников излучения может содержать от 3 до 5 лазерных источников с длинами волн 350 нм, 405 нм, 532 нм, 632 нм и 805 нм. Несмотря на то, что авторы патента указывают на возможность определять наличие в биотканях липофусцина, меланина, общее объемное кровенаполнение тканей и т.д., отсутствие источника широкополосного источника излучения накладывает ограничения на диагностические возможности метода. Добавление в схему устройства широкополосного источника излучения позволит в полном объеме реализовать метод СДО, который даст представление о морфологической структуре и распределении основных хромофоров внутри биотканей; кожных патологиях; оптических характеристиках тканей различных отделов, в том числе слизистых пищевода, кишечника, яичников, которые, наряду с данными метода ФС могут служить маркерами развития онкологических заболеваний или осложнений при других болезнях, например, при сахарном диабете. Кроме того, устройство-прототип не содержит блока, позволяющего осуществлять локальные температурные пробы для исследования параметров микрогемоциркуляции и тканевого метаболизма.
Технической задачей настоящего решения является устранение указанных недостатков и разработка устройства для комплексной диагностики биологических тканей, позволяющего по непрерывной регистрации показателя микроциркуляции крови методом ЛДФ с одновременным измерением спектров флуоресценции и диффузного отражения в одном диагностическом объеме при проведении различных температурных проб, определять состояние кровоснабжения и жизнеобеспечения биотканей и выявлять таким образом нарушения адаптивных взаимосвязей и разные варианты взаимоотношений между микрогемоциркуляцией и метаболизмом при различных заболеваниях. Возможность проведения вейвлет-анализ колебаний кровотока микроциркуляторного русла в предложенном устройстве оптической неинвазивной диагностики позволит диагностировать нарушения перфузии и механизмов регуляции кровотока в микрососудах биотканей организма на ранних стадиях развития заболеваний.
Достижение технической задачи осуществляется за счет того, что в устройстве для оптической диагностики кровоснабжения и жизнеобеспечения биологических тканей, содержащем источники первичного оптического излучения, систему транспортировки первичного и вторичного излучения к биологической ткани и обратно, выполненную в виде жгута оптических волокон с разветвленной приборной и единой рабочей частью, оптико-электронная система регистрации сигнала ЛДФ выполнена в виде двух идентичных каналов регистрации допплеровского сигнала, каждый из которых включает последовательно соединенные фотоприемник, преобразователь ток-напряжение, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, а оптико-электронная система регистрации спектров флуоресценции и спектров диффузного отражения содержит полихроматор, построенный по симметричной скрещенной схеме Черни-Тернера с плоской дифракционной решеткой и фотоприемником на основе прибора с зарядовой связью (ПЗС), усилитель, аналог-цифровой преобразователь (АЦП). Сбор, первичная обработка и трансляция данных всех каналов осуществляется с помощью программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС). В качестве источников первичного оптического излучения предложено использовать лазерные излучатели с длинами волн 450 и 1064 нм, светодиод с длиной волны 365 нм и вольфрамовый галогенный широкополосный источник излучения, оптимизированный для видимого и ближнего ИК-диапазонов (360-2400 нм). Диагностическая информация с ПЛИС передается через блок интерфейсов в ПК для дальнейшего хранения, обработки и отображения. Устройство содержит дополнительный канал температурного воздействия, построенный на элементе Пельтье с соответствующим блоком управления, позволяющим менять полярность питающего напряжения.
Технический результат заключается в повышении точности и достоверности комплексных неинвазивных исследований
микроциркуляторно-тканевых нарушений биотканей человека.
На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для оптической диагностики кровоснабжения и жизнеобеспечения биологических тканей.
На фиг. 2 - сопряжение оптоволоконного жгута с блоком Пельтье.
Устройство содержит светофильтр 1; полихроматор с плоской дифракционной решеткой 2; ПЗС приемник 3; усилитель сигнала с ПЗС 4; аналого-цифровой преобразователь сигнала с ПЗС 5; блок управления 6; интерфейс связи с персональным компьютером (ПК) 7; персональный компьютер 8; широкополосный источник излучения с диапазоном длин волн 360-2400 нм 9; светодиод с длиной волны 365 нм 10; лазерный излучатель с длиной волны 450 нм 11; лазерный излучатель с длиной волны 1064 нм 12; драйверы излучателей 13, 14, 15; фотоприемники 16, 17; преобразователи ток-напряжение 18, 19; усилители сигнала 20, 21; аналого-цифровые преобразователи 22, 23; волоконный жгут 24; элемент Пельтье 25; блок управления элементом Пельтье 26.
Канал флуоресцентной спектроскопии и спектроскопии диффузного отражения включает в себя источники возбуждения флуоресценции 10, 11 с длинами волн 365 и 450 нм, соединенные с драйверами 13, 14, задающими питание, и широкополосный источник излучения 9, полихроматор 2, набор сменных светофильтров 1. Полихроматор 2 построен по симметричной скрещенной схеме Черни-Тернера с плоской дифракционной решеткой.
Приемник излучения построен на основе прибора с зарядовой связью (ПЗС) 3.
Оптико-электронная система лазерной допплеровской флоуметрии выполнена в виде двух идентичных каналов регистрации допплеровского сигнала и включает в себя лазерный источник излучения 12, соединенный с драйвером 15, задающим питание, оптико-электронную систему регистрации вторичного оптического излучения, состоящую из фотоприемников с оптическими фильтрами 16, 17, последовательно попарно соединенных с блоком формирования допплеровского сигнала, состоящего из преобразователей ток-напряжение 18, 19, усилителей сигнала 20, 21 и АЦП 22, 23.
Управление каналами осуществляется общим блоком управления (БУ) 6, представляющим собой программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС) с обвязкой и связанным через интерфейс связи 7 с ПК 8. БУ 6 управляет работой излучателей 10-12 посредством подачи управляющих сигналов на драйверы 13-15 и включением широкополосного источника излучения 9. Свет от источников первичного оптического излучения, в качестве которых используются лазерные излучатели с длинами волн 450 и 1064 нм, светодиод с длиной волны 365 нм и широкополосный источник излучения с диапазоном длин волн 360-2400 нм передается по волоконному жгуту 24 к области исследования биологического объекта (БО). Сигналы флуоресценции, диффузного отражения и допплеровский сигнал принимаются рядом расположенными приемными волокнами. БУ также осуществляет управлением элементом Пельтье 25 через специальный блок 26, представляющий собой источник напряжения с возможностью переключения полярности. С помощью данного канала реализуется проведение функционального температурного теста в диапазоне 5-42°С.
Система транспортировки первичного и вторичного излучения к биологической ткани и обратно выполнена в виде передающих оптоволоконных линий, идущих от источников излучения 9-12 и приемных оптоволоконных линий, идущих к полихроматору 2 и фотодиодам 16, 17, которые собраны в жгут с разветвленной приборной и единой рабочей частью с общим наконечником 24. Волоконный жгут 24 непосредственно помещается в блок Пельтье 25.
Связь пользователя с блоком управления осуществляется через специализированную программу, установленную на ПК 8. В этой программе происходит визуализация и обработка полученных спектров флуоресценции, диффузного отражения и амплитудно-частотных спектров ЛДФ. Программа позволяет в автоматическом режиме проводить одновременную регистрацию параметров, учитывать уровень шума, подбирать необходимую экспозицию в зависимости от уровня сигнала, а также осуществлять вейвлет-анализ полученных амплитудно-частотных спектров ЛДФ.
Устройство работает следующим образом.
По команде от компьютера 8 блок управления 6 включает необходимый источник излучения. Если включен один из излучателей 10, 11 то излучение от него по передающей оптоволоконной линии направляется к БО и возбуждает флуоресценцию различных компонент биоткани. Излучение флуоресценции и обратно отраженное излучение источника, ослабленное светофильтром 1 поступает в оптико-электронную систему регистрации спектров флуоресценции и спектров диффузного отражения, которая содержит полихроматор 2, построенный по симметричной скрещенной схеме Черни-Тернера, где раскладывается в спектр на плоской дифракционной решетке и далее поступает на ПЗС-фотоприемник излучения 3. Электрический сигнал от ПЗС, величина которого соответствует интенсивности излучения на соответствующей длине волны, предварительно усиливается в усилителе 4 и оцифровывается с помощью АЦП 5. Окончательная обработка осуществляется после передачи информации в ПК 8. Далее имеется возможность включить следующий источник излучения для возбуждения флуоресценции или широкополосный источник для регистрации спектров диффузного отражения и цикл измерения повторяется.
При использовании канала ЛДФ блок управления 6 включает ИК-источник излучения 12. Схема регистрации излучения имеет два идентичных друг другу канала, которые преобразуют сигналы фототока с фотоприемников в напряжение 18, 19, усиливают их в усилителях 20, 21 и оцифровывают с помощью АЦП 22, 23. В каждом канале реализовано последовательное преобразование сигнала.
При необходимости проведения температурных проб через блок управления 6 подключается дополнительный канал температурного воздействия, построенный на элементе Пельтье 25 с соответствующим блоком управления 26, позволяющим менять полярность питающего напряжения.
Данные со всех каналов поступают в блок управления (БУ) 6, представляющий собой программируемую логическую интегральную схему и связанный через интерфейс связи 7 с ПК 8, для их первичной обработки, трансляции и хранения.
Таким образом, предлагаемое устройство для оптической диагностики кровоснабжения и жизнеобеспечения биологических тканей, позволяющее одновременно регистрировать показатель микроциркуляции крови методом ЛДФ, спектры флуоресценции основных флуорофоров НАДН и ФАД, отражающих метаболическую активность биологических тканей методом ФС, а также спектры диффузного отражения, несущие информацию о морфологической структуре и оптических характеристиках биотканей методом СДО в практически одном диагностическом объеме с возможностью проведения температурных проб, делает проведение подобной диагностики доступным и повышает ее информативность за счет, например, выявления микроциркуляторно-тканевых нарушений в тканях стоп пациентов с сахарным диабетом, позволяя определять данные осложнения на более ранней стадии вследствие их анализа на уровне периферических сосудов и кожных биомаркеров.
Claims (1)
- Устройство для оптической диагностики кровоснабжения и жизнеобеспечения биологических тканей, содержащее источники первичного оптического излучения, систему транспортировки первичного и вторичного излучения к биологической ткани и обратно, выполненную в виде жгута оптических волокон с разветвленной приборной и единой рабочей частью, оптико-электронную систему регистрации вторичного оптического излучения, состоящую из фотоприемников с оптическими фильтрами и снабженную блоком формирования допплеровского сигнала, и полихроматор с дифракционной решеткой, отличающееся тем, что, согласно изобретению, в качестве источников первичного оптического излучения используют лазерные излучатели с длинами волн 450 и 1064 нм, светодиод с длиной волны 365 нм и широкополосный источник излучения с диапазоном длин волн 360-2400 нм, а оптико-электронная система лазерной допплеровской флоуметрии выполнена в виде двух идентичных каналов регистрации допплеровского сигнала, каждый из которых включает последовательно соединенные фотоприемник, преобразователь ток-напряжение, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, в свою очередь оптико-электронная система регистрации спектров флуоресценции и спектров диффузного отражения содержит полихроматор, построенный по симметричной скрещенной схеме Черни-Тернера с плоской дифракционной решеткой и фотоприемником на основе прибора с зарядовой связью, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, при этом первичная обработка и трансляция данных всех каналов осуществляется с помощью программируемой логической интегральной схемы, и устройство снабжено дополнительным каналом температурного воздействия, построенным на элементе Пельтье с соответствующим блоком управления, позволяющим менять полярность питающего напряжения.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017118132A RU2663938C1 (ru) | 2017-05-25 | 2017-05-25 | Устройство для оптической диагностики кровоснабжения и жизнеобеспечения биологических тканей |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017118132A RU2663938C1 (ru) | 2017-05-25 | 2017-05-25 | Устройство для оптической диагностики кровоснабжения и жизнеобеспечения биологических тканей |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2663938C1 true RU2663938C1 (ru) | 2018-08-13 |
Family
ID=63177261
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017118132A RU2663938C1 (ru) | 2017-05-25 | 2017-05-25 | Устройство для оптической диагностики кровоснабжения и жизнеобеспечения биологических тканей |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2663938C1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2234242C2 (ru) * | 2002-03-19 | 2004-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт "Полюс" | Способ определения состояния биологической ткани и диагностическая система для его реализации |
| WO2005045393A2 (en) * | 2003-10-28 | 2005-05-19 | Veralight, Inc. | Determination of a measure of a glycation end-product or disease state using tissue fluorescence |
| RU2337608C1 (ru) * | 2007-05-11 | 2008-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Лазма" | Диагностический комплекс для измерения медико-биологических параметров кожи и слизистых оболочек in vivo |
-
2017
- 2017-05-25 RU RU2017118132A patent/RU2663938C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2234242C2 (ru) * | 2002-03-19 | 2004-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт "Полюс" | Способ определения состояния биологической ткани и диагностическая система для его реализации |
| WO2005045393A2 (en) * | 2003-10-28 | 2005-05-19 | Veralight, Inc. | Determination of a measure of a glycation end-product or disease state using tissue fluorescence |
| RU2337608C1 (ru) * | 2007-05-11 | 2008-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Лазма" | Диагностический комплекс для измерения медико-биологических параметров кожи и слизистых оболочек in vivo |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7130672B2 (en) | Apparatus and method for monitoring tissue vitality parameters | |
| CN100506150C (zh) | 活体组织光学检测装置及其工作方法 | |
| US20170224220A1 (en) | Multi-modal fiber optic probe and spectroscopy system | |
| WO2009157825A1 (en) | A method and device for diagnosing ear conditions | |
| JP2001509589A (ja) | レーザー誘起蛍光減衰分光分析の方法と装置 | |
| JP2013533769A (ja) | 測定媒体の成分または特性、特に生理的血液値を特定およびモニタするための装置ならびに方法 | |
| CN101716069A (zh) | 人体氧化应激无创荧光检测装置与方法 | |
| JPWO2006040841A1 (ja) | 血糖値の非侵襲測定装置 | |
| JP2010540964A (ja) | 光学デバイス構成要素 | |
| JP4361822B2 (ja) | 目的物の成分濃度測定方法及び装置 | |
| JP2011512511A (ja) | 光学デバイス構成要素 | |
| CN201042433Y (zh) | 活体组织光学检测装置 | |
| CN116390686A (zh) | 用于监测针对患者的分析物或参数的系统和方法 | |
| Uk et al. | Spectrometer for fluorescence–reflection biomedical research | |
| CN210300954U (zh) | 一种人体代谢健康指数无创检测设备 | |
| US8126527B2 (en) | Method and system for determining the contribution of hemoglobin and myoglobin to in vivo optical spectra | |
| US20230148312A1 (en) | Device for non-invasive blood glucose concentration measurement | |
| KR101454298B1 (ko) | 반사광 검출용 피라미드형 피부 형광 측정 장치 | |
| JP4052461B2 (ja) | 血糖値の非侵襲測定装置 | |
| CN112244822A (zh) | 一种基于近红外宽带光谱的组织氧代谢率检测装置及方法 | |
| RU2663938C1 (ru) | Устройство для оптической диагностики кровоснабжения и жизнеобеспечения биологических тканей | |
| CN111803085A (zh) | 一种基于颜色特性的无创血红蛋白浓度水平测量装置 | |
| CA2501613A1 (en) | Method and device for the non-invasive analysis of metabolic processes | |
| Deng et al. | Highly sensitive imaging spectrometer system based on areal array to linear array optical fiber probe for biological spectral detection | |
| KR100300960B1 (ko) | 혈중성분 농도의 무혈측정 방법 및 장치 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190526 |