Устройство для измерения параметров микроциркуляции крови

Полезная модель относится к измерительной технике. Устройство для измерения параметров микроциркуляции крови содержит источник когерентного оптического излучения, объектив, блок регистрации интенсивности спекл-поля, который включает в себя диафрагму, фотодетектор, усилитель сигнала с цифровым выходом, подключенный к блоку обработки выходного сигнала. 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. Технический результат - повышение мобильности при одновременном упрощении структуры, повышении надежности, а также повышение чувствительности за счет увеличения соотношения сигнал/шум. 1 н.п. ф-лы, 1 илл.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

Функциональная схема устройства представлена на фигуре.

Позициями на чертеже обозначены:

1 - источник когерентного оптического излучения,

2 - объектив,

3 - предметная плоскость, в которой размещают объект исследования,

4 - световой фильтр,

5 - диафрагма с отверстием,

6 - фотодетектор,

7 - усилитель с цифровым выходом,

8 - блок обработки выходного сигнала,

9 - блок регистрации интенсивности спекл-поля,

10 - корпус.

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.

Устройство работает следующим образом.

Когерентное оптическое излучение источника 1 с помощью объектива 2 фокусируют на исследуемый объект, расположенный в предметной плоскости 3 - фокальной плоскости объектива 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.

Информацию о параметрах микроциркуляции крови, в том числе о ее скорости, получают, выполняя соответствующую статистическую обработку временных флуктуации интенсивности регистрируемого сигнала.

Все элементы устройства за исключением блока регистрации включаются в единый корпус 10, образующий переносной оптоэлектронный сенсор.

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.

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.