Автоматизированное устройство для диагностики в реальном режиме времени заболеваний, вызванных вирусом птичьего гриппа h7n9 и его мутациями

 

Полезная модель относится к медицине, а именно к лабораторной диагностике, и может быть использована для диагностики в реальном режиме времени заболеваний, вызванных вирусом птичьего гриппа H7N9 и его мутациями. Автоматизированное устройство содержит модуль фиксации исследуемых образцов различных типов с возможностью их поочередной смены, причем первый тип образцов выполнен в виде стандартных стеклянных пластинок достоверно не инфицированных вирусом птичьего гриппа H7N9 и его мутациями, второй тип образцов выполнен в виде стандартных стеклянных пластинок с мазками крови обследуемого пациента; третий тип - инфицированный вирусом птичьего гриппа H7N9, остальные образцы - инфицированные разными мутациями вируса; две группы оптических волокон, группу управляемых источников оптических воздействий, спектрометр и персональную ЭВМ. Автоматизированное устройство позволяет обнаруживать инфицированность вирусом птичьего гриппа H7N9 и его мутациями в режиме on-line. Использование полезной модели обеспечивает сокращение смертности среди населения, своевременное начало эффективного лечения указанных заболеваний, с экономией дорогостоящих медикаментозных средств.

Полезная модель относится к медицинской технике и может быть использована в люминесцентной диагностике заболеваний, вызванных или отягощенных вирусом H7N9 и его мутациями.

Весной 2013 года на юге Китая произошли вспышки инфекции, которые вызывал ранее неизвестный штамм птичьего гриппа H7N9. За первую половину года им заразилось более 130 людей, примерно треть которых погибла. В мае ученые обнаружили, что вирус может передаваться от человека к человеку. Последующие исследования показали, что H7N9 пока не способен вызвать пандемию.

Николь Бувье из Медицинской школы горы Синай в Нью-Йорке (США) и ее коллеги поставили под сомнения недавние выводы своих коллег, обнаружив в этих же образцах крови особую «версию» H7N9, которая одновременно умеет хорошо передаваться воздушно-капельным путем и обладает устойчивостью к большинству лекарств.

Данный штамм H7N9 содержался в крови одного из жителей Шанхая, который заразился птичьим гриппом в конце марта 2013 года. Геном этой разновидности гриппа содержит в себе мутацию R292K, которая делает один из ключевых белков вируса - неироам ин идазу - почти неуязвимым для действия большинства лекарств против гриппа.

Как отмечают ученые, подобные мутации не «бесплатны» - обычно при их появлении заметно снижается вирулентность вируса, его способность успешно заражать клетки. Однако этого не происходит в случае с новым видом H7N9 - он обладает той же вирулентностью, что и другие «виновники» вспышек гриппа в Китае, и при этом умеет передаваться воздушно-капельным путем.

По словам ученых, их открытие свидетельствует о том, что мы недооценивали опасность китайских штаммов H7N9 и вероятность развития глобальной пандемии птичьего гриппа. Поэтому Бувье и ее коллеги призывают к дальнейшему изучению этой разновидности вируса, что поможет создать вакцину еще до распространения эпидемий гриппа по Земле.

Поэтому возникла проблема ранней и моментальной диагностики заболеваний, вызванных вирусом птичьего гриппа H7N9 и его мутациями.

Ближайшим аналогом для заявленного автоматизированного устройства для диагностики в режиме реального времени заболеваний, вызванных вирусом птичьего гриппа H7N9 и его мутациями, является устройство, раскрытое в (US 7262045 B2, 28.08.2007), выполненное с возможностью осуществления воздействия УФ-излучением на исследуемый образец, с последующим исследованием флуоресцентного свечения.

Однако указанное устройство - прототип обладает рядом недостатков:

низкая автоматизация;

продолжительное время анализа, из-за чего результаты диагностики получаются через сутки.

Ввиду обоснованных опасений ученых на повестку дня ставится задача массовой моментальной диагностики заболеваний, вызванных вирусом птичьего гриппа H7N9 и его мутациями.

Технической задачей настоящей полезной модели является устранение отмеченных недостатков прототипа.

Техническим результатом заявленной полезной модели, обеспечивающим решение указанной задачи, является улучшение технических и эксплуатационных характеристик устройства - прототипа в части определения в режиме реального времени инфицированности пациента вирусом птичьего гриппа H7N9 и его мутациями.

Достижение заявленного технического результата обеспечивается тем. что автоматизированное устройство для диагностики в режиме реального времени заболеваний, вызванных вирусом птичьего гриппа H7N9 и его мутациями, включает модуль фиксации исследуемых образцов двух типов с возможностью их поочередной смены, причем первый тип образцов представляет собой стандартные стеклянные пластинки с мазками достоверно не инфицированной вирусом H7N9 и его мутациями крови, второй тип образцов выполнен в виде стандартных стеклянных пластинок с мазками крови обследуемого пациента; две группы оптических волокон, конструктивно оформленные в виде оптоволоконного жгута, в котором уложены волокна первой и второй групп, общий для волокон обеих групп дистальный торец которого через входное окно модуля фиксации исследуемых образцов оптически связан с поверхностью установленного в модуле исследуемого образца, группу управляемых источников оптических воздействий, спектрометр, персональную ЭВМ, информационный выход которой является информационным выходом устройства, первый управляющий выход персональной ЭВМ подключен к входу запуска группы управляемых источников оптических воздействий, выходы которой оптически связаны с входами первой группы оптических волокон, выходы которых являются оптическими выходами устройства, входы второй группы оптических волокон являются оптическими входами устройства, выходы оптических волокон второй группы подключены к оптическому входу спектрометра, информационные выходы которого через USB-порт подключены к информационным входам персональной ЭВМ, второй управляющий выход которой подключен к входу запуска спектрометра, причем на внешней боковой поверхности волокон второй группы нанесены металлизированные нанопокрытия.

На фиг. 1 дана схема предлагаемого устройства.

Автоматизированное устройство для диагностики в режиме реального времени заболеваний, вызванных вирусом птичьего гриппа H7N9 и его мутациями, содержит модуль 1 фиксации исследуемых образцов двух типов с возможностью их поочередной смены, две группы оптических волокон 6 и 7, конструктивно оформленные в виде оптоволоконного жгута (ОВЖ), в котором уложены волокна первой 6 и второй 7 групп, группу 2 управляемых источников оптических воздействий, спектрометр 3 и персональную ЭВМ 4. Общий для волокон 6 и 7 дистальный торец ОВЖ через входное окно модуля 1 фиксации исследуемых образцов оптически связан с поверхностью установленного в модуле 1 исследуемого образца 5j. Информационный выход персональной ЭВМ 4 является информационным выходом устройства. Первый управляющий выход персональной ЭВМ 4 подключен к входу запуска группы 2 управляемых источников оптических воздействий, выходы которой оптически связаны с входами первой 6 группы оптических волокон, выходы которых являются оптическими выходами устройства, входы второй 7 группы оптических волокон являются оптическими входами устройства. Выходы оптических волокон второй 7 группы подключены к оптическому входу спектрометра 3, информационные выходы которого через USB-порт подключены к информационным входам персональной ЭВМ 4, второй управляющий выход которой подключен к входу запуска спектрометра 3. Для увеличения помехозащищенности устройства от изменения освещенности в медицинском кабинете на внешней боковой поверхности оптических волокон 7 второй группы нанесены металлизированные нанопокрытия.

Для оперативной проверки работоспособности устройства в модуль 1 можно поочередно вставлять различные исследуемые образцы 51, 52. Первый тип образцов 5 1 представляет собой стандартные стеклянные пластинки с мазками достоверно не инфицированной вирусом H7N9 и его мутациями крови. Второй тип образцов 52 представляет собой стандартные стеклянные пластинки с мазками крови обследуемого пациента. Управляемые источники 2 оптических воздействий предназначены для формирования излучения в ультрафиолетовом, видимом, инфракрасном диапазоне длин волн, а параметры излучения (например, интенсивность излучения, спектр, доза облучения, продолжительность сеанса), задаются от персональной ЭВМ 4.

В группе управляемых источников 2 оптических воздействий могут быть использованы, например, ультрафиолетовый излучатель, инфракрасные полупроводниковые диоды, светодиоды красного, синего цвета и другие управляемые серийные источники излучения. Управление интенсивностью источников производится путем изменения управляющих воздействий (для лазерных диодов, светодиодов - изменение значения тока питания, для импульсных источников с нерегулируемой амплитудой - путем изменения частоты и скважности импульсов светового излучения).

В режиме диагностики в модуле 1 помещается исследуемый образец 52 с мазками крови обследуемого пациента. После этого дистальный торец ОВЖ (в котором уложены волокна первой 6 и второй 7 групп) вводится во входное окно модуля 1. К волокнам первой группы 6 подключен выход группы источников 2 оптических воздействий, а к волокнам 7 второй группы - волоконный вход спектрометра 3. Дистальный торец ОВЖ (с излучающими торцами первой группы волокон 6 и приемными торцами второй группы волокон 7) устанавливается в непосредственной близости от обследуемого образца 52 . Зондирующее излучение от источника 2 поступает на исследуемый участок поверхности образца 52, где возникает вторичное флуоресцентное свечение.

Сигналы вторичного флуоресцентного свечения, возбуждаемые на обследуемой поверхности образца 5 2 под воздействием зондирующего излучения из волокон 6, через волокна второй группы 7 поступают на входы спектрометра 3 Распределения интенсивностей (уровней) спектральных составляющих вторичного флуоресцентного свечения (спектральные образы) от патологических (инфицированных вирусами H7N9 и его мутациями) и не инфицированных (норма) образцов крови различаются. Более того, спектральные образы вторичного флуоресцентного свечения различных мутаций вируса H7N9 также различаются. Коды уровней спектральных составляющих в привязке к кодам длин волн с информационных выходов спектрометра 3 поступают на информационные входы персональной ЭВМ 4.

Принцип формирования диагностических сигналов и алгоритм работы ЭВМ в этом режиме состоит в следующем.

Весь диапазон длин волн вторичного флуоресцентного свечения разбивается на дискретные участки, определяемые разрешающей способностью спектрометра 3.

Ранее в результате многократных зондирующих облучений калибровочных образцов 53,j (с вирусами H7N9 и его мутациями, полученными от ВОЗ), и образцов 51 достоверно не инфицированных вирусами H7N9 и его мутациями (норма) получают характерные устойчивые сочетания уровней сигналов вторичного флуоресцентного свечения (спектральные образы) для патологии (и ее видов - мутаций) и для нормы - диагностические критерии. Ансамбли калибровочных спектральных образов нормы и видов патологии занесены в соответствующие базы данных персональной ЭВМ 4. При этом ансамбли калибровочных спектральных образов для видов патологии и для нормы различны и соответствуют выражению:

где j - вид состояния, которому соответствует диагностический критерий (1 -образец нормы (достоверно не пораженный вирусами), 3 - вирус H7N9, 4, , n - его мутации).

В результате сравнения полученных спектральных образов от образца с мазками крови обследуемого пациента Pотн(i) со спектральными образами диагностических критериев P0отнj(i), например, по методу наименьших квадратов формируется оценка наиболее вероятностного диагноза по соотношению

где n - число дискретных участков длин волн (определяемое разрешающей способностью спектрометра), которая выдается на экран монитора.

По минимальному значению Rj принимается автоматически решение об инфицированности вирусом H7N9 или его мутациями (патология и ее виды) или нет (норма).

Соотношения (1) и (2) являются алгоритмом работы персональной ЭВМ 4, в которой есть базы данных калибровочных спектральных образов (нормы и видах патологии).

При помощи персональной ЭВМ 4 также осуществляется управление запуском определенного излучателя источника 2 и запуском спектрометра 3 на измерение.

Для обеспечения измерения в информативный период времени после подачи зондирующего сигнала производится запуск цикла измерений по управляющим воздействиям от персональной ЭВМ 4.

Сигналы на первом и втором управляющих выходах персональной ЭВМ 4 представляют одну и ту же последовательность импульсов, задержанных относительно другой последовательности на величину срабатывания элементов, на которые подаются сигналы предыдущей последовательности.

Первым сигналом на первом управляющем выходе ЭВМ 4 является сигнал запуска выбранного источника 2. С заданной и программируемой задержкой (определяемой задержкой появления вторичной флуоресценции) по отношению к моменту запуска источника 2 эта же последовательность поступает на вход запуска спектрометра 3 (со второго управляющего выхода персональной ЭВМ 4). Информация с выходов спектрометра 3 поступает на информационные входы персональной ЭВМ 4. Результаты диагноза по выражениям (1) и (2) выдаются на дисплей персональной ЭВМ и могут быть выведены на печать в виде диагностического заключения.

В качестве спектрометра 3 можно использовать, например, российский миниспектрометр FSD-03-08, монолитная конструкция которого включает волоконный вход, вогнутую дифракционную решетку, высокочувствительную фотодиодную линейку, 14-ти разрядный аналого-цифровой преобразователь. Миниспектрометр FSD-03-08 имеет спектральную разрешающую способность 10 нм (при самой высокой чувствительности) в диапазоне длин волн от 300 до 800 нм. Обмен информацией между спектрометром и персональной ЭВМ осуществляется через стандартный порт USB.

В качестве персональной ЭВМ 4 может быть использована любая IBM совместимая персональная ЭВМ (или ноутбук) отечественного или зарубежного производства. В персональной ЭВМ обеспечивается ввод идентификационных данных пациентов, автоматическая обработка и регистрация результатов обследований, ведение баз данных по результатам обследований, баз данных калибровочных спектральных образов (нормы и патологии), а также конструкторской и эксплуатационной документации устройства (с электронными подсказками обслуживающему персоналу).

В тех случаях, когда мал уровень вторичного флуоресцентного свечения от обследуемой поверхности, и есть вероятность, что имеет место дефект в оптоэлектронных трактах, поочередное помещение модуле 1 образцов 51 и 53 и введении ОВЖ в окно модуля 1 дистального торца ОВЖ (в котором уложены приемные оптические волокна 6 второй группы и излучающие оптические волокна 7 первой группы) позволяет (при исправной работе устройства) зафиксировать поочередно диагноз «норма» и «патология». Таким образом, обеспечивается оперативная проверка работоспособности устройства в широком динамическом диапазоне.

Введение спектрометра позволило повысить разрешающую способность анализа сигналов вторичного флуоресцентного свечения во всем диапазоне длин волн.

Введение металлизированных нанопокрытий на внешней поверхности волокон второй группы позволило повысить помехозащищенность устройства (устранить реагирование на изменения освещенности в медицинском кабинете).

Основным техническим результатом, достигаемым при использовании заявленной полезной модели, является определение в режиме реального времени инфицированности пациента вирусами H7N9 и его мутациями. После введения ОВЖ в модуль фиксации исследуемых образцов результаты диагностики автоматически получаются в течение нескольких миллисекунд.

Применение предложенного автоматизированного устройства для диагностики в режиме реального времени заболеваний, вызванных вирусами, птичьего гриппа H7N9 и его мутациями позволит снизить смертность среди населения, своевременно начать лечение этой опасной разновидности заболеваний.

1. Автоматизированное устройство для диагностики в режиме реального времени заболеваний, вызванных вирусом птичьего гриппа H7N9 и его мутациями, отличающееся тем, что содержит модуль фиксации исследуемых образцов двух типов с возможностью их поочередной смены, причем первый тип образцов выполнен в виде стандартных стеклянных пластинок с мазками достоверно не инфицированной вирусом H7N9 и его мутациями крови, второй тип образцов выполнен в виде стандартных стеклянных пластинок с мазками крови обследуемого пациента; две группы оптических волокон, конструктивно оформленные в виде оптоволоконного жгута, в котором уложены волокна первой и второй групп, общий для волокон обеих групп дистальный торец которого через входное окно модуля фиксации исследуемых образцов оптически связан с поверхностью установленного в модуле исследуемого образца, группу управляемых источников оптических воздействий, спектрометр, персональную ЭВМ, информационный выход которой является информационным выходом устройства, первый управляющий выход персональной ЭВМ подключен к входу запуска группы управляемых источников оптических воздействий, выходы которой оптически связаны с входами первой группы оптических волокон, выходы которых являются оптическими выходами устройства, входы второй группы оптических волокон являются оптическими входами устройства, выходы оптических волокон второй группы подключены к оптическому входу спектрометра, информационные выходы которого через USB-порт подключены к информационным входам персональной ЭВМ, второй управляющий выход которой подключен к входу запуска спектрометра, причем на внешней боковой поверхности волокон второй группы нанесены металлизированные нанопокрытия.

2. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в составе персональной ЭВМ содержит базы данных калибровочных спектральных образов нормы, патологии и ее видов, соответствующих различным мутациям гриппа H7N9, и базы идентификационных данных пациентов.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что персональная ЭВМ содержит носители информации о технических параметрах, конструкторской документации устройства и его составных частей, эксплуатационной документации с электронными подсказками обслуживающему персоналу.



 

Наверх