RU97197U1

RU97197U1 - DEVICE FOR MEASURING BLOOD MICROCIRCULATION PARAMETERS

Info

Publication number: RU97197U1
Application number: RU2010118949/28U
Authority: RU
Inventors: Дарья Всеволодовна Мокрова; Евгений Тимофеевич Аксенов; Галина Александровна Кафидова
Original assignee: Дарья Всеволодовна Мокрова
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2010-05-11
Publication date: 2010-08-27

Abstract

Устройство для измерения параметров микроциркуляции крови, содержащее источник когерентного оптического излучения, объектив, блок регистрации интенсивности спекл-поля, который включает в себя последовательно расположенные диафрагму, фотодетектор и связанный с ним усилитель сигнала с цифровым выходом, устройство также содержит блок обработки выходного сигнала, подключенный к блоку регистрации интенсивности спекл-поля, отличающееся тем, что блок регистрации интенсивности спекл-поля также содержит световой фильтр, при этом все элементы устройства за исключением блока обработки выходного сигнала включены в единый корпус. A device for measuring parameters of blood microcirculation containing a source of coherent optical radiation, a lens, a speckle field intensity registration unit, which includes a diaphragm in series, a photo detector and a signal amplifier with a digital output connected to it, the device also contains an output signal processing unit, connected to the unit for recording the speckle field intensity, characterized in that the unit for recording the speckle field intensity also contains a light filter, while all s device except for an output signal processing unit included in a single housing.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике и может найти применение в биологии, медицине при проведении диагностики состояния микроциркуляции крови, определения ее параметров и оценки кровенаполненности различных слоев биотканей.The utility model relates to measuring technique and can be used in biology, medicine when diagnosing the state of blood microcirculation, determining its parameters and assessing the blood supply of various layers of biological tissues.

Известно устройство для исследования микроциркуляции крови - спекл-микроскоп, содержащий источник когерентного оптического излучения, светоделительный элемент, систему формирования некогерентного изображения, объектив, установленный с возможностью обеспечения точной фокусировки излучения и совмещения плоскости перетяжки пучка излучения с предметной плоскостью микроскопа, блок регистрации флуктуации интенсивности спекл-поля, включающий в себя последовательно соединенные фотодетектор, усилитель и устройство обработки выходного сигнала спекл-микроскопа (Sergey Ulyanov, High resolution speckle-microscopy: study of the spatial structure of bioflow. Physiological Mesurements, 22, 681-691, 2001).A device for studying blood microcirculation is known - a speckle microscope containing a source of coherent optical radiation, a beam splitter, an incoherent imaging system, a lens mounted with the ability to ensure accurate focusing of radiation and combining the plane of the waist of the radiation beam with the objective plane of the microscope, a unit for recording fluctuations in the speckle intensity -fields, including a series-connected photodetector, amplifier and output processing device with speckle microscope needle (Sergey Ulyanov, High resolution speckle-microscopy: study of the spatial structure of bioflow. Physiological Mesurements, 22, 681-691, 2001).

Однако данный спекл-микроскоп характеризуется малым соотношением сигнал/шум, которое существенным образом снижает чувствительность устройства, поскольку переменная составляющая флуктуации рассеянного света, связанная с динамикой спеклов и несущая при этом полезную информацию о скорости движения рассеивателей, много меньше постоянной составляющей света. Высокий уровень постоянной засветки вызывает шумы фотодетекторов. Таким образом, в измерительном сигнале содержится две переменные составляющие: полезный сигнал, обусловленный движением рассеивателей, и шумы фоторегистрации.However, this speckle microscope is characterized by a small signal to noise ratio, which significantly reduces the sensitivity of the device, since the variable component of the scattered light fluctuations associated with the speckle dynamics and carrying useful information about the speed of the scatterers is much less than the constant component of light. A high level of constant exposure causes photodetector noise. Thus, the measuring signal contains two variable components: a useful signal due to the movement of the scatterers, and photo-registration noise.

В качестве прототипа заявляемого устройства выбран интерференционный спекл-микроскоп для исследования микроциркуляции крови (Свидетельство на полезную модель №34254), содержащий источник когерентного оптического излучения, линзу, первую систему формирования выходного сигнала, имеющую светоделительный элемент, предметную плоскость, объектив для обеспечения точной фокусировки излучения, два блока регистрации, каждый из которых включает в себя фотодетектор, усилитель с цифровым выходом, подключенным к блоку обработки выходного сигнала, вторую систему формирования выходного сигнала, включающую в себя второй светоделительный элемент, объектив для точной фокусировки излучения и микрообъектив для формирования опорной волны, зеркало, расположенное в фокальной плоскости объектива для точной фокусировки излучения, диафрагму, при этом первая система формирования выходного сигнала содержит дополнительный объектив для формирования предметного спекл-поля и вторую диафрагму, при этом диафрагмы расположены перед фотодетекторами каждого из блоков регистрации.As a prototype of the claimed device, an interference speckle microscope for studying blood microcirculation was selected (Certificate for Utility Model No. 34254) containing a source of coherent optical radiation, a lens, a first output signal generating system having a beam splitting element, a subject plane, and a lens to ensure accurate focusing of radiation , two recording units, each of which includes a photodetector, an amplifier with a digital output connected to the output signal processing unit, a second output signal generating system including a second beam splitting element, a lens for accurately focusing radiation and a micro lens for generating a reference wave, a mirror located in the focal plane of the lens for accurately focusing radiation, an aperture, wherein the first output signal generating system comprises an additional lens for the formation of the subject speckle field and the second diaphragm, while the diaphragms are located in front of the photo detectors of each of the registration units.

Существенным недостатком известного устройства является сложная многокомпонентная структура, требующая прецизионной юстировки и жесткой фиксации оптических элементов в соответствующей несущей конструкции, что ограничивает его применение для изучения динамики микроциркуляции в различных точках организма.A significant disadvantage of the known device is the complex multicomponent structure, which requires precise alignment and rigid fixation of the optical elements in the corresponding load-bearing structure, which limits its use for studying the dynamics of microcirculation at various points in the body.

В основу полезной модели поставлена комплексная задача построения мобильного измерительного устройства, которое позволит измерять параметры микроциркуляции крови без предварительной юстировки оптических элементов устройства с высокой точностью, а техническим результатом - повышение мобильности при одновременном упрощении структуры, повышении надежности, а также повышение чувствительности за счет увеличения соотношения сигнал/шум.The utility model is based on the comprehensive task of constructing a mobile measuring device that will allow you to measure blood microcirculation parameters without first aligning the optical elements of the device with high accuracy, and the technical result is increased mobility while simplifying the structure, increasing reliability, and also increasing sensitivity by increasing the ratio signal / noise.

Поставленная задача решается тем, что предложено устройство, состоящее из источника когерентного оптического излучения, объектива, блока регистрации интенсивности спекл-поля, который включает в себя фотодетектор и усилитель сигнала с цифровым выходом, подключенным к блоку обработки выходного сигнала, диафрагму, расположенную перед фотодетектором блока регистрации интенсивности спекл-поля. Устройство отличается от прототипа тем, что в состав блока регистрации интенсивности спекл-поля введен световой фильтр, при этом все элементы устройства за исключением блока обработки объединены в единый корпус, образующий переносной оптоэлектронный сенсор.The problem is solved by the fact that the proposed device, consisting of a coherent optical radiation source, a lens, a speckle field intensity registration unit, which includes a photo detector and a signal amplifier with a digital output connected to the output signal processing unit, a diaphragm located in front of the photo detector of the unit registration of speckle field intensity. The device differs from the prototype in that a light filter is included in the speckle-field intensity registration unit, while all elements of the device except the processing unit are combined into a single housing that forms a portable optoelectronic sensor.

Функциональная схема устройства представлена на фигуре.Functional diagram of the device shown in the figure.

Позициями на чертеже обозначены:The positions in the drawing indicate:

1 - источник когерентного оптического излучения,1 - source of coherent optical radiation,

2 - объектив,2 - lens

3 - предметная плоскость, в которой размещают объект исследования,3 - the subject plane in which the object of study is placed,

4 - световой фильтр,4 - light filter

5 - диафрагма с отверстием,5 - diaphragm with a hole,

6 - фотодетектор,6 - photodetector,

7 - усилитель с цифровым выходом,7 - amplifier with digital output,

8 - блок обработки выходного сигнала,8 - block processing the output signal,

9 - блок регистрации интенсивности спекл-поля,9 - block recording the intensity of the speckle field,

10 - корпус.10 - case.

Устройство содержит источник 1 когерентного оптического излучения, который может быть выполнен, например, в виде лазера, объектив (или линзу) 2, применяемый для фокусировки пучка оптического излучения, блок 9 регистрации интенсивности спекл-поля, состоящий из светового фильтра 4, диафрагмы 5 с отверстием малого размера, фотодетектора 6, усилителя 7 сигнала с цифровым выходом. Блок 9 регистрации интенсивности спекл-поля соединен с блоком 8 обработки выходного сигнала, который может быть выполнен в виде компьютера.The device contains a source 1 of coherent optical radiation, which can be made, for example, in the form of a laser, a lens (or lens) 2 used to focus the beam of optical radiation, a speckle field intensity recording unit 9, consisting of a light filter 4, an aperture 5 s a small hole, photodetector 6, signal amplifier 7 with a digital output. The speckle field intensity recording unit 9 is connected to the output signal processing unit 8, which can be made in the form of a computer.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Когерентное оптическое излучение источника 1 с помощью объектива 2 фокусируют на исследуемый объект, расположенный в предметной плоскости 3 - фокальной плоскости объектива 2.The coherent optical radiation of the source 1 using the lens 2 is focused on the studied object located in the subject plane 3 - the focal plane of the lens 2.

Рассеянное объектом излучение, представляющее собой спекл-поле, перемещающееся в пространстве со скоростью, пропорциональной скорости рассеивателей (форменных элементах крови) проходит через световой фильтр 4, отсекающий постоянную засветку, вызывающую шумы фотодетектора 6, и попадает на диафрагму 5 с отверстием, размеры которого существенно меньше, чем размеры отдельных спеклов, формирующихся в плоскости фотодетектора 6. Временные флуктуации интенсивности спекл-поля, вызванные движением рассеивателей регистрируются фотодетектором 6 и через усилитель 7 сигнала с цифровым выходом передаются в блок 8 обработки выходного сигнала.The radiation scattered by the object, which is a speckle field, moving in space at a speed proportional to the speed of the scatterers (blood cells) passes through a light filter 4, which cuts off the constant illumination causing the noise of photodetector 6, and enters the diaphragm 5 with a hole whose dimensions are substantially smaller than the dimensions of individual speckles forming in the plane of the photodetector 6. Temporary fluctuations in the intensity of the speckle field caused by the movement of the scatterers are recorded by the photodetector 6 through an amplifier 7 with a digital output signal transmitted to the output signal processing unit 8.

Информацию о параметрах микроциркуляции крови, в том числе о ее скорости, получают, выполняя соответствующую статистическую обработку временных флуктуации интенсивности регистрируемого сигнала.Information on the parameters of blood microcirculation, including its speed, is obtained by performing the appropriate statistical processing of temporary fluctuations in the intensity of the recorded signal.

Все элементы устройства за исключением блока регистрации включаются в единый корпус 10, образующий переносной оптоэлектронный сенсор.All elements of the device with the exception of the registration unit are included in a single housing 10, forming a portable optoelectronic sensor.

По сравнению с известными аналогами решение отличается структурой, не требующей прецизионной юстировки и жесткой фиксации оптических элементов в соответствующей несущей конструкции, что позволяет создать мобильное измерительное устройство и использовать его для измерения параметров микроциркуляции крови в различных точках организма. Кроме того, использование светового фильтра 4 позволяет повысить чувствительность устройства за счет увеличения отношения сигнал/шум регистрируемой интенсивности спекл-поля, а совместное использование с источником 1 когерентного оптического излучения с низким уровнем собственных шумов позволяет отказаться от введения второго канала регистрации, основанного на интерференции с опорной волной (как это применено в прототипе), т.о. добиться сопоставимого по точности результата за счет меньшего числа элементов и производить прямое измерение скоростей рассеивателей в исследуемом объекте.Compared with the known analogues, the solution is distinguished by a structure that does not require precise alignment and rigid fixation of optical elements in the corresponding load-bearing structure, which makes it possible to create a mobile measuring device and use it to measure blood microcirculation parameters at various points in the body. In addition, the use of a light filter 4 allows you to increase the sensitivity of the device by increasing the signal-to-noise ratio of the recorded speckle field intensity, and sharing with coherent optical radiation source 1 with a low level of intrinsic noise allows you to refuse the introduction of a second recording channel based on interference with reference wave (as used in the prototype), i.e. to achieve a result comparable in accuracy due to the smaller number of elements and to directly measure the speeds of the scatterers in the studied object.

Claims

A device for measuring parameters of blood microcirculation containing a source of coherent optical radiation, a lens, a speckle field intensity registration unit, which includes a diaphragm in series, a photo detector and a signal amplifier with a digital output connected to it, the device also contains an output signal processing unit, connected to the unit for registering the speckle field intensity, characterized in that the unit for registering the speckle field intensity also contains a light filter, while all s device except for an output signal processing unit included in a single housing.