Способ диагностики злокачественных новообразований и устройство для его осуществления

 

Способ и устройство предназначены для бесконтактной клинической диагностики злокачественных новообразований и области их локализации in vivo в живом организме на основе флуоресценции эндогенных порфиринов. Способ заключается в том, что поверхность исследуемой ткани облучают возбуждающим собственную флуоресценцию монохроматическим излучением и получают ее изображение в узком спектральном диапазоне, соответствующем полосе флуоресценции. О наличии злокачественных новообразований судят по пространственным вариациям интенсивности, наблюдаемым на флуоресцентном изображении. Область локализации злокачественных новообразований определяют сравнением флуоресцентного изображения с опорными изображениями исследуемой ткани, полученными под тем же ракурсом и с тем же масштабом, но в другом спектральном диапазоне. Устройство для диагностики злокачественных новообразований содержит монохроматический источник возбуждающего флуоресценцию излучения, канал передачи излучения, канал регистрации опорного изображения, источник подсветки опорного изображения и канал приема флуоресцентного сигнала, выполненный в виде передающей двумерное изображение системы и спектрально-селективной телевизионной камеры, соединенной с компьютером. Это позволяет повысить производительность, достоверность и точность диагностики. 2 с.п. и 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к медицине, а точнее к области бесконтактной клинической диагностики злокачественных новообразований и области их локализации in vivo в живом организме на основе флуоресценции эндогенных порфиринов.

Известны способы диагностики злокачественных новообразований /патент Великобритании N 2203831, A, 25.10.88, кл. G 01 N 21/64, патент США N 4930516 A, 05.06.90, кл. A 61 B 5/00/, заключающиеся в облучении поверхности исследуемой ткани возбуждающим собственную флуоресценцию излучением и сравнении спектральных характеристик флуоресценции нормальной и исследуемой тканей.

Устройства для реализации этих способов содержат источники возбуждающего флуоресценцию излучения, волоконно-оптические каналы передачи возбуждающего сигнала и приема флуоресцентного сигнала, спектроанализатор.

Недостатками этих способов и устройств для их реализации является низкая производительность, достоверность и точность определения области локализации злокачественных образований, особенно на ранних стадиях заболевания, обусловленные последовательным, от точки к точке анализом исследуемой ткани. Размер точки, т. е. области одномоментно исследуемой ткани, помимо оптических характеристик самой ткани, определяется также апертурами передающего и приемного оптических волокон и положением их торцов относительно исследуемой ткани. Это обуславливает низкое пространственное разрешение и плохую воспроизводимость результатов измерения в указанных способах и устройствах. При необходимости исследования больших областей возможного поражения велика вероятность появления "пропусков", т.е. оставшихся неисследованными участков диагностируемой ткани. Кроме того, при длительном последовательном обследовании диагностируемой области in vivo у пациентов часто возникает ответная реакция организма на зондирующее излучение, выражающая, в частности, в повышении микроциркуляции крови в исследуемой ткани, изменяются ее оптические характеристики, т. е. возникает ошибка диагностики биологического происхождения (Применение современной биоспектрофотометрической лазерной диагностики в клинической практике, М. Т. Александров и др. Использование лазеров для диагностики и лечения заболеваний: приложение к бюллетеню ЛАС, 1966, с.31). Помимо этого, недостатком указанных способов и устройств является сложность документирования местоположения злокачественных образований и границы их локализации, что существенно при проведении дальнейшего лечения.

Известен способ диагностики злокачественных новообразований /заявка Российской Федерации N 94010321/14, 20.06.96, кл. A 61 B 5/00, G 01 N 21/64/, заключающийся в облучении поверхности исследуемой ткани возбуждающим собственную флуоресценцию излучением и сравнении спектральных характеристик флуоресценции, а также времени флуоресценции нормальной и исследуемой тканей.

Устройство для реализации этого способа содержит монохроматический источник возбуждающего флуоресценцию излучения, волоконно-оптические каналы передачи возбуждающего сигнала и приема флуоресцентного сигнала, спектроанализатор, канал анализа временных характеристик флуоресценции, канал анализа и запоминания визуального изображения.

К недостаткам этого способа и устройства следует отнести, как и в случае рассмотренных выше аналогов, низкую производительность, достоверность и точность определения области локализации злокачественных образований, обусловленные все тем же последовательным, от точки к точке анализом исследуемой ткани. Документирование изображений диагностируемой поверхности с указанием каждый раз одной точки поверхности, с которой снимается спектральная характеристика флуоресцентного сигнала, требует хранения слишком большого объема информации, трудной в обработке и интерпретации.

Предлагаемые решения направлены на повышение производительности, достоверности и точности диагностики злокачественных новообразований, а также на улучшение интерпретируемости и упрощение документирования диагностической информации.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе диагностики злокачественных новообразований, заключающемся в облучении поверхности исследуемой ткани возбуждающим собственную флуоресценцию монохроматическим излучением, цифровом измерении интенсивности флуоресцентного сигнала различных участков исследуемой ткани и определении онкопатологии по результатам измерения и сравнения с опорным сигналом, цифровое измерение интенсивности флуоресцентного сигнала проводят параллельно со всей поверхности исследуемой ткани путем получения оцифрованного изображения в узком спектральном диапазоне, соответствующем полосе флуоресценции эндогенных порфиринов, а определение онкопатологии осуществляют по наличию пространственных изменений интенсивности, наблюдаемым на флуоресцентном изображении, область локализации которой определяют сравнением данного флуоресцентного изображения с опорным изображением исследуемой ткани, полученным под тем же ракурсом и в том же масштабе, но в другом спектральном диапазоне.

Кроме того, цифровое измерение временных параметров флуоресценции проводят путем стробирования флуоресцентного изображения с перестраиваемой задержкой по времени относительно импульса возбуждающего собственную флуоресценцию монохроматического излучения и используют его при сравнении с опорным изображением.

Технический результат достигается и тем, что в устройстве для диагностики злокачественных новообразований, содержащем монохроматический источник излучения, возбуждающего собственную флуоресценцию эндогенных порфиринов, связанный с каналом передачи излучения, каналы регистрации флуоресцентного и опорного сигналов, связанные с компьютером, канал регистрации флуоресцентного сигнала выполнен в виде спектрально-секлективной системы формирования двумерного изображения с полосовым или отрезающим светофильтром и высокочувствительной монохромной телевизионной камеры с цифровым выходом на компьютер, а также устройство содержит дополнительный источник подсветки опорного изображения с регулируемыми яркостью и спектром излучения, связанный с компьютером.

Кроме того, управляющий вход монохроматического источника излучения и стробирующий вход канала регистрации флуоресцентного сигнала связаны с компьютером.

Повышение производительности, достоверности и точности диагностики злокачественных новообразований происходит благодаря тому, что диагностическая информация снимается не последовательно, а параллельно со всей исследуемой поверхности. При этом исключается возможность появления "пропусков", т.е. необследованных участков, не изменяются во время обследования оптические характеристики ткани, повышается разрешение, что особенно важно на ранних стадиях заболевания, особенно при небольших поражениях островкового характера. Диагностическая информация легко документируется, граница новообразования, область его локализации на объекте легко интерпретируется совмещением флуоресцентного изображения с опорным.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для диагностики злокачественных новообразований; на фиг. 2 приведено изображение лица пациента, имеющего онкообразования, полученное на макете заявляемого устройства для диагностики по заявляемому способу.

Устройство для диагностики злокачественных новообразований содержит монохроматический источник возбуждающего флуоресценцию излучения 1, источник подсветки опорного изображения 2, канал передачи излучения 3, канал регистрации флуоресцентного изображения 4, канал регистрации опорного изображения 5, компьютер 5. В качестве монохроматического источника возбуждающего флуоресценцию излучения можно, например, использовать He-Ne лазер длиной волны излучения = 632,8 нм, попадающей в полосу поглощения эндопорфиринов, дополненный модулятором, при необходимости работать в импульсном режиме. В качестве источника подсветки опорного изображения может быть использован импульсный источник белого света с возможностью корректировки спектра излучения. В качестве канала передачи излучения может быть использована, например, линзовая система формирования пучка при наружных обследованиях, либо оптоволоконная система с устройствами ввода-вывода для эндоскопических обследований. Канал регистрации флуоресцентного изображения представляет собой спектрально-селективную систему формирования изображения с полосовым или отрезающим светофильтром и высокочувствительную монохромную телевизионную камеру с цифровым выходом на компьютер. Канал регистрации опорного изображения может представлять собой, например, цветную телевизионную камеру с цифровым выходом на компьютер. Кроме того, каналы регистрации флуоресцентного изображения и регистрации опорного изображения могут быть выполнены как параллельными, так и последовательными и с разделением по времени.

Устройство работает следующим образом. Свет от источника 1 при помощи канала передачи излучения 3 подают на поверхность исследуемой ткани таким образом, чтобы равномерно освещенное поле совпадало с полем зрения канала регистрации флуоресцентного изображения 4. Изображение исследуемой ткани на длине волны флуоресценции поступает в канал регистрации флуоресцентного изображения 4. Изображение исследуемой ткани на длине волны источника 1 поступает в канал регистрации опорного изображения 5. Флуоресцентное изображение и опорное изображение на длине волны источника 1 запоминают и обрабатывают в компьютере 6. При регистрации временных параметров флуоресценции под управлением компьютера 8 включают источник 1 в импульсном режиме, а в канал регистрации флуоресцентного изображения 4 подают стробирующие импульсы с задержкой по времени относительно импульсов источника 1 и запоминают в компьютере 6 флуоресцентные изображения при различных временах задержки.

Для регистрации цветного опорного изображения исследуемой ткани в белом свете сигналом с компьютера 6 выключают источник 1 и включают источник подсветки опорного изображения 2. Изображение исследуемой ткани в белом свете поступает в канал регистрации опорного изображения 5, где его регистрируют и запоминают в компьютере 6.

Диагностику по заявляемому способу на устройстве, описанном выше, проводят следующим образом. Облучают исследуемый объект светом от источника возбуждающего флуоресценцию излучения 1 и источника подсветки спорного изображения 2 и получают флуоресцентные опорные изображения в компьютере 6. Далее сравнивают интенсивности флуоресценции различных участков исследуемого объекта по флуоресцентному изображению. По наличию пространственных изменений интенсивности, наблюдаемым на флуоресцентном изображении, судят о наличии злокачественных новообразований, а область их локализации определяют сравнением флуоресцентных и опорных изображений.

Следует отметить, что использование лазера в качестве источника возбуждающего собственную флуоресценцию монохроматического излучения не является необходимым, поскольку полоса поглощения достаточно широка и возможно использование более широкополосного, чем лазер источника монохроматического излучения, имеющего соответствующие энергетические характеристики в спектральных диапазонах, соответствующих полосам поглощения и флуоресценции флуорофора. Использование лазеров удобно лишь потому, что это доступные, серийно выпускаемые приборы, как нельзя лучше подходящие для данной задачи. На настоящий момент данным способом на макете заявленного устройства проведено обследование более шестидесяти пациентов, находящихся на лечении в Центральной клинической больнице N 4 им. Н.А.Семашко МПС РФ с различными локализациями злокачественных новообразований, в том числе кожи, слизистых, полочной железы и др.

В результате проведенных исследований установлено, что зарегистрированное флуоресцентное изображение у одних пациентов совпало по форме и размерам с определяющейся визуально опухолью, у других больных площадь выявленной флуоресценции несколько превышала видимые размеры опухолей, причем при более детальном осмотре кожи в зоне поражения были определены слабо выраженные пролиферативные процессы, соответствующие по всей площади флуоресцентным "пятнам". Также у этих больных удалось определить дополнительные, неопределяемые ранее очаги необластического процесса, что дало основание для увеличения объема хирургического вмешательства.

Кроме того, был проведен модельный эксперимент на стандартных для исследований в онкологии искусственно привитых злокачественных опухолях Эрлиха у мышей, в котором на макете заявляемого устройства заявляемым способом было зафиксировано 30%-ное превышение уровня флуоресценции эндогенных порфиринов, показывающее наличие повышенного митоза в области локализации опухоли. Следует заметить, что область локализации злокачественного новообразования обуславливает лишь необходимость применения различных вариантов изготовления канала передачи излучения, как указано в описании. В связи с вышеизложенным использование заявляемого способа и устройства возможно при диагностике различных злокачественных новообразований разной локализации.

Формула изобретения

1. Способ диагностики злокачественных новообразований, заключающийся в облучении поверхности исследуемой ткани возбуждающим собственную флуоресценцию монохроматическим излучением, цифровом измерении интенсивности флуоресцентного сигнала различных участков исследуемой ткани и определении онкопатологии по результатам измерения и сравнения с опорным сигналом, отличающийся тем, что цифровое измерение интенсивности флуоресцентного сигнала проводят параллельно по всей поверхности исследуемой ткани путем получения ее оцифрованного пространственного флуоресцентного изображения в узком спектральном диапазоне, соответствующем полосе флуоресценции эндогенных порфиринов, а определение онкопатологии осуществляют по наличию пространственных изменений интенсивности, наблюдаемых на флуоресцентном изображении, область локализации которой определяют сравнением данного флуоресцентного изображения с опорным изображением исследуемой ткани, полученным под тем же ресурсом и в том же масштабе, но в другом спектральном диапазоне.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют цифровое измерение времени флуоресценции различных участков исследуемой ткани путем стробирования флуоресцентного изображения изображения с перестраиваемой задержкой во времени относительно импульса возбуждающего собственную флуоресценцию монохроматического излучения и используют его при сравнении с опорным изображением.

3. Устройство для диагностики злокачественных новообразований, содержащее монохроматический источник излучения, возбуждающего собственную флуоресценцию эндогенных порфиринов, связанный с каналом передачи излучения, каналы регистрации флуоресцентного и опорного сигналов, связанные с компьютером, отличающееся тем, что канал регистрации флуоресцентного сигнала выполнен в виде спектрального селективной системы формирования двумерного изображения с полосовым или отрезающим светофильтром и высокочувствительной монохромной телевизионной камеры с цифровым выходом на компьютер, а также содержит дополнительный источник подсветки опорного изображения с регулируемыми яркостью и спектром излучения, связанный с компьютером.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что управляющий вход монохроматического источника излучения и стробирующий вход канала регистрации флуоресцентного сигнала связаны с компьютером.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2