Способ повышения точности обнаружения злокачественных новообразований и определения границ их локализации

 

Способ может быть использован в медицине, а именно в онкологии. Проводят осмотр пациента с помощью эндоскопа с подключенными к нему спектральным прибором и видеокамерой, которые подключены к компьютеру. Измеряют интенсивности, спектры отражения и флуоресценции нормальных и подозреваемых участков на персональном компьютере. При обнаружении разницы в спектрах и при превышении интенсивности отраженного света от подозреваемого участка ткани по сравнению с нормальным более чем на 25% делают заключение о наличии злокачественного новообразования. Границы опухоли определяют визуально на экране монитора компьютера как линию, соединяющую точки изображения, в которых яркость нормальных участков изменяется более чем на 3%. Повышается точность обнаружения и определения границ злокачественного новообразования, сокращается срок проведения диагностики и становится возможным определить границы локализации злокачественной опухоли. 7 ил.

Изобретение относится к медицине, в частности к онкологии, и может быть использовано для диагностики злокачественных новообразований и определения границ их локализации неконтактным способом.

1) Известен способ обнаружения злокачественных опухолей с помощью регистрации и анализа видимой естественной флуоресценции путем сравнения спектров флуоресценции исследуемой и нормальной тканей, вызванной облучением этих тканей пучком монохроматического видимого света (патент США N 4930516, МКИ A 61 B 5/00 - прототип).

Однако этот способ не позволяет: 1) установить область локализация и границы злокачественной опухоли; 2) имеет низкую, по сравнению с гистологическими исследованиями, ценность диагностики, обусловленную зависимостью спектральной характеристики флуоресценции от вида патологии тканей и физиологического состояния тканей, в частности, их кровенаполнения.

2) Известен также способ диагностики злокачественных опухолей и их границ, при котором регистрируется и анализируется изображение тканей в свете индуцированной флуоресценции, возбуждаемой лазерным светом. В этом способе пациенту предварительно вводится фотосенсибилизатор, который накапливается в опухолевых тканях (аналог, N 9010219, A 61 B 5/00, 09.07.90. Приоритет 22.02.89, 3900612-6, Швеция).

К недостаткам этого способа относятся: 1) необходимость введения экзогенного фотосенсебилизатора в кровь пациента, который вызывает вертикальные и аллергические реакции; 2) фотосенсебилизатор накапливается не только в злокачественных, но и в доброкачестенных опухолях; 3) требуется 24-48 ч для того, чтобы фотосенсебилизатор селективно накопился в опухолевой ткани, что приводит к увеличению времени диагностики.

Таким образом, диагностика злокачественных новообразований этими способами имеет диагностическую ценность, не превышающую 30%, длительный срок проведения диагностики и не позволяет определить границы локализации злокачественной опухоли.

Предлагается с целью повышения точности обнаружения злокачественных новообразований и определения границ новых локализаций измерить и сравнивать спектры флуоресценции и отражания нормальных и подозреваемых участков тканей в видимой области спектра с помощью спектрального прибора, а определять границы злокачественных новообразований по изобретению тканей в отраженном свете на длинах волн 550-590 нм визуально на экране монитора персонального компьютера.

Указанная цель достигается тем, что измеряются и сравниваются не только спектры флуоресценции в видимой области спектра, индуцированные монохроматическим светом, для нормальных и подозреваемых тканей, но и отраженный и рассеянный от тканей свет и при превышении интенсивности отраженного излучения от подозреваемого участка по сравнению с нормальным на 25% судят о наличии злокачественного новообразования, а границы опухоли определяют визуально на экране монитора по изображению тканей в отраженном свете на длинах волн 550-590 нм как линию, соединяющую точки изображения, в которых контраст яркости между нормальной и раковой тканью изменяется больше, чем на 3%.

Новым в предлагаемом способе является то, что дополнительно измеряют и сравнивают интенсивности и спектры отражения от тканей, а также то, что границы локализации опухоли определяют по изображению ткани в отраженном свете на длинах волн 550-590 нм.

Способ осуществляется следующим образом. У пациента с подозрением на наличие злокачественной опухоли обследуется поверхность полого органа с помощью эндоскопа через наблюдательный канал эндоскопа, к выходу которого через бинокуляр присоединяется вход спектрального прибора и видеокамера. Приемник излучения спектрального прибора и видеокамера через плату сопряжения подключаются к персональному компьютеру ЖПК). На экране ПК наблюдаются спектры и изображение тканей в отраженном и флуоресцентном свете. Управление спектральным прибором осуществляется с помощью программы, задаваемой компьютером. Облучение ткани происходит через световод осветительного канала эндоскопа от источника света с непрерывным либо монохроматическим спектром излучения. После обнаружения подозрительного участка путем управления дистальным концом эндоскопа добиваются максимальной четкости изображения подозреваемого участка на экране монитора. В этом положении эндоскопа спектры флуоресценции и отражения, а также видеоизображение подозреваемого участка регистрируются, обрабатываются и запоминаются на ПК. Аналогичная процедура проделывается для нормальных участков ткани. Затем спектры и интенсивности отраженного и флуоресцентного излучения сравниваются с помощью ПК и на основании этого сравнения делается вывод о характере опухоли.

Экспериментально были определены длины волн в видимой области спектра, для которых интенсивности отраженного и рассеянного излучения по длине волны падающего (возбуждающего) света значительно различаются для раковых и нормальных тканей. При облучении светом в диапазоне 400-600 нм интенсивность сигналов отражения и рассеяния назад, а также флуоресценция на длинах волн 600 нм для раковых тканей больше, чем для нормальных, а для длин волн 530-590 нм разница интенсивностей максимальна. В этом случае контраст интенсивности в изображении нормальных и раковых тканей максимальный, что позволяет наблюдать границы ярко светящейся опухолевой ткани на фоне темной нормальной визуально на экране монитора.

В видимой области спектра это длины волн, на которых проявляется поглощение молекул окси- и дезоксигемоглобинов (400-600 нм). Поэтому поглощение в этой области зависит от степени кровенаполнения и вискуляризации тканей. Интенсивность флуоресценции в нормальных и раковых тканях может отличаться в результате накопления в онкологических тканях свободных порфириновых молекул, флуоресцирующих в красной области спектра. На фиг. 1 показаны спектры отражения нормальной (2) и опухолевой (1) тканей в видимой области спектра: на фиг. 2 - спектра флуоресценции нормальной (2) и опухолевой (1) тканей при возбуждении излучением на длине волны 532 нм. Стрелками указаны границы длин волн, на которых наблюдается максимальный контраст интенсивности изображения нормальной и раковой ткани. Эти спектры получены в результате усреднения спектров отражения и флуоресценции подозреваемых опухолевых (1) и нормальных (2) тканей для 12 пациентов.

Устройство для реализации способа содержит источник видимого света - оптические светофильтры, оптическое волокно (световод) для передачи излучения к поверхности живой ткани, регулярное оптическое волокно для переноса изображения этих тканей на длинах волн падающего света и длинах волн индуцированной этим светом флуоресценции на видеокамеру, подключенную к компьютеру через плату сопряжения (видеоадаптер) для обработки изобретения.

На фиг. 3 изображена блок-схема устройства для диагностики злокачественных новообразований.

Устройство работает следующим образом. Источник видимого света 1 и блок светофильтров 2 формируют на выходе световое излучение, лежащее в видимой области спектра, которое направляется через световод 3 на исследуемую ткань 4. Отраженный от последней световой сигнал вместе с сигналом флуоресценции по регулярному (наблюдательный канал) оптическому световоду 5 и спектральный прибор 6 поступает на электроанализатор 7 и вход видеокамеры 8, формирующей видеосигнал, который передается затем на компьютер, где обрабатывается и запоминается. Контрастность изображения между исследуемой тканью и нормальной указывает на наличие злокачественного новообразования, а границы опухоли определяются по изолиниям равной интенсивности, на которых достигается определенный контраст изображения между нормальной и опухолевой тканью. При этом изолинии равной интенсивности вычисляются компьютером и выделяются. Режим работы источника света 1 и блока светофильтров 2 задается по каналам А и В компьютером по программе. Источник света может быть лазером, работающим в непрерывном или импульсном режиме на одной из длин волн в диапазоне спектра 500-600 нм, например, VAJ : Nd лазер с длиной волны 532 нм, либо источником света с непрерывным спектром излучения в видимой области спектра, длины волн которого выделяются с помощью светофильтров блока.

Проведенные нами исследования показывают, что наличие патологического процесса в ткани практически во всех случаях приводит к изменению спектров отраженного патологическим участком света по сравнению с нормальными тканями. Это приводит к возникновению контраста в интенсивностях (яркости) патологического участка на фоне окружающей нормальной ткани, причем величина этого контраста может быть значительной и достигать для некоторых участков спектра 80-90%. При этом контраст определяется как отношение: K=I₂/I₁100%, где I₁и I₂- соответственно интенсивности излучения из области патологической и нормальной тканей на одной и той же длине волны.

По предлагаемому способу продиагностировано 12 пациентов. В 90% случаев диагноз, поставленный по предлагаемому нами способу, совпал с результатами гистологических исследований.

Определение границ опухоли предложенным нами способом позволило достоверно снизить число послеоперационных рецидивов в сравнении с группой больных, опухоли которых диагностировались традиционным способом.

Пример 1. Больной А. , 49 л. Диагноз: рецидив рака мочевого пузыря T₂N_xM₀.

Обследование поверхности слизистой мочевого пузыря проводилось с помощью цистоскопа.

Излучение от галогенового источника света фирмы "Karl Stortz" по осветительному каналу цистоскопа поступало на исследуемый участок ткани. Отраженный свет от исследуемого участка по регулярному световоду (наблюдательному каналу) цистоскопа поступал на оптико-акустический спектроанализатор "Кварц" 3102 В" и видеокамеру Color CCD Camera VDC2974 "SANYO", соединенную через плату сопряжения (производство ТОО "Элекард", г. Томск) с РС-386 для запоминания и визуального воспроизведения исследуемого участка ткани на экране монитора PC.

На фиг. 4, 5 показаны спектры отраженного света и гфлуоресценции от подозреваемого (кривая 1) и нормального (кривая 2) участка слизистой. Из сравнения кривых на фиг. видно, что в отраженном свете в области спектра 500 - 600 нм наблюдается существенная разница в интенсивностях отраженного света от патологического и нормального участков ткани, обусловленная поглощением излучения молекулами оксигемоглобина. В результате при наблюдении в отраженном свете на длинах волн 500-600 нм на экране монитора опухолевая ткань видна как ярко светящаяся область с четкими границами, по сравнению со слабо светящейся окружающей нормальной тканью.

Флуоресценция тканей возбуждалась излучением второй гармоники неодимого лазера с длиной волны 532 нм (фиг. 5). Интенсивность флуоресценции в красной области спектра 600 - 800 нм для раковых тканей превышает интенсивность флуоресценции для нормальных тканей. Поэтому опухолевая ткань выделяется на экране монитора как ярко светящаяся область на фоне темной нормальной, с границами, совпадающими при наблюдении патологического участка в отраженном свете.

Полученные данные указывают на злокачественный характер опухоли, а границы светящихся областей позволяют объективно судить о границах злокачественной ткани.

Гистологическое исследование подтвердило полученные выше выводы.

В данном случае A. была сделана операция трансуретральная резекция мочевого пузыря.

Пример 2. Больной Б., 52 г. Диагноз: Рак мочевого пузыря T₂N₀M₀.

На установке, описанной выше, проведено исследование слизистой мочевого пузыря больного.

На фиг. 6 показаны спектры отражения подозреваемого (1) и нормального (2) участков слизистой. Разница в спектрах указывает на наличие злокачественного новообразования. Сравнение спектров флуоресценции также указывает на наличие злокачественных новообразований.

Больному выполнена операция трансуретральная резекция мочевого пузыря.

Пример 3. Больная К., 74 г. Ds: Рак мочевого пузыря T₂N₀M₀. Состояние после оперативного лечения.

Больная поступила на контрольное обследование. Во время цистоскопического исследования проведен спектральный анализ слизистой мочевого пузыря. Сравнение спектров отражения (фиг. 7) участков ткани, подозрительных на опухолевое поражение (1), и нормальных (2) не обнаружило характерных для злокачественных опухолей отклонений. Аналогичный вывод был сделан на основе сравнения спектров флуоресценции.

Гистологические исследования подтвердили данное заключение.

Формула изобретения

Способ повышения точности обнаружения злокачественных новообразований и определения границ их локализации, заключающийся в регистрации и сравнении спектра флуоресценции подозреваемых и нормальных участков ткани, отличающийся тем, что, с целью повышения точности диагностики злокачественного новообразования и определения границ его локализации, дополнительно измеряют и сравнивают интенсивность спектра отраженного света в видимой области, при интенсивности отраженного света от исследуемой ткани, превышающей интенсивность отражения от нормальной ткани более чем на 25%, диагносцируют злокачественную опухоль, граница опухоли определяется по изображению тканей в отраженном свете на длинах волн в диапазоне 550 - 590 нм визуально на экране монитора персонального компьютера как линия, соединяющая точки изображения, в которых контраст яркости между нормальной и канцерогенной тканью изменяется больше чем на 3%.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7