RU2008126406A - Способ оптической диагностики живых микрообъектов и их нанокомпонентов и устройство для его реализации - Google Patents

Abstract

1. Способ оптической диагностики биологических микрообъектов и их нанокомпонентов, согласно которому измеряют характеристики флуоресценции и экстинкции вещества, воздействуя на него лазерным (ЛИ) и/или немонохроматическим излучением, и обрабатывают полученные данные на ЭВМ с помощью алгоритма вычисления на основании значений выделенных отдельных характеристик, отличающийся тем, что в качестве феномена, имеющего действующий фактор, например лечебный, и характеризуемого физическими величинами, несущими диагностическую информацию, используют конверсию излучения лазерного или иного источника света и/или другого электромагнитного излучения, имеющего такие аспекты, как, например, отражение, рассеяние, поглощение, флуоресценцию, комбинационное и нелинейное рассеяния, эффекты фотоакустический, термооптический и др, характеристики количественных мер в отдельности и/или в совокупности, которые измеряют с помощью соответствующих устройств, в исследуемых образцах объектов живой и неживой природы медицинского, промышленного, экологического, пищевого, биосферного, космического и др. назначения, с последующим портированием получаемой информации и диагностической и аналитической обработкой ее в соответствии с основанным на статистической регрессионной модели концентраций компонент аппаратно-адаптированным алгоритмом способа на ЭВМ, который заключается в том, что полученные характеристики сохраняют на устройстве для хранения информации на ЭВМ и приводят в линейную по диагностическому параметру форму, и далее их обрабатывают согласно аппаратно адаптированному алгоритму способа таким образом, что сначал�

Claims (3)

1. Способ оптической диагностики биологических микрообъектов и их нанокомпонентов, согласно которому измеряют характеристики флуоресценции и экстинкции вещества, воздействуя на него лазерным (ЛИ) и/или немонохроматическим излучением, и обрабатывают полученные данные на ЭВМ с помощью алгоритма вычисления на основании значений выделенных отдельных характеристик, отличающийся тем, что в качестве феномена, имеющего действующий фактор, например лечебный, и характеризуемого физическими величинами, несущими диагностическую информацию, используют конверсию излучения лазерного или иного источника света и/или другого электромагнитного излучения, имеющего такие аспекты, как, например, отражение, рассеяние, поглощение, флуоресценцию, комбинационное и нелинейное рассеяния, эффекты фотоакустический, термооптический и др, характеристики количественных мер в отдельности и/или в совокупности, которые измеряют с помощью соответствующих устройств, в исследуемых образцах объектов живой и неживой природы медицинского, промышленного, экологического, пищевого, биосферного, космического и др. назначения, с последующим портированием получаемой информации и диагностической и аналитической обработкой ее в соответствии с основанным на статистической регрессионной модели концентраций компонент аппаратно-адаптированным алгоритмом способа на ЭВМ, который заключается в том, что полученные характеристики сохраняют на устройстве для хранения информации на ЭВМ и приводят в линейную по диагностическому параметру форму, и далее их обрабатывают согласно аппаратно адаптированному алгоритму способа таким образом, что сначала нормируют все измеренные характеристики, например, с использованием эталонов на пропускание, отражение, флуоресценцию и др. явлений конверсии ЛИ в диагностируемых объектах, с помощью которых находят соответствующие аппаратные функции для нормировки характеристик с помощью умножения на последние, в медицинской диагностике в случае экзокорпорального обследования, например, используя условие постоянства интегральной интенсивности отраженного в обратном направлении возбуждающего излучения, и/или используя условие постоянства интегральной интенсивности полосы комбинационного рассеяния воды при специально подобранной длине волны возбуждающего излучения, и/или используя условие постоянства интегральной интенсивности полосы флуоресценции добавляемых в образцы в стандартной концентрации квантовых точек и/или флуорофоров с узкополосной флуоресценцией, а при эндокорпоральном обследовании, используя условии постоянства какой либо характеристики конверсии излучения лазерного и/или иного источника в биологическом объекте (БО) либо линейного по характеристикам гомеостатического параметра биологического вида человека, и/или используют уровненную нормировку, учитывающую локальную величину на фоне общеорганизменного, по формуле

Х_рi=Х_ai/(1-α_i·Х_эi.),

где Х_рi - уровненная характеристика конверсии, X_ai - экзокорпоральная абсолютная характеристика конверсии, Х_iэ - эндокорпоральная относительная характеристика конверсии, α_i - коэффициент при i-й характеристике в выражении для гомеостатического параметра Р=Σα_k·I_k, и/или при этом, и/или при других видах диагностик восстанавливают корректные спектры флуоресценции, используя ранее измеренные спектральные характеристики экстинкции с помощью измерительного тракта комплекса спектров реальной флуоресценции по формуле

Х_iсorr=X_i/(a₁+а₂·э_i+а₃·э_i ²),

где X_icorr - значение корректированной спектральной характеристики от i-го канала прибора, X_i - значение соответствующей спектральной характеристики без корректировки, а₁, а₂ и а₃ - поправочные коэффициенты, зависящие от геометрии образцов и способа сбора излучения, э_i - пространственный декремент затухания, обусловленный экстинкцией на i-й длине волны, дальше часть сохраненной спектральной информации для достаточно большого количества образцов органического вещества с заранее известным аналитическим содержимым используется для создания модели концентраций путем реализации, согласно аппаратно адаптированному алгоритму способа, процедуры регрессии аналитической информации на статистические главные компоненты спектральных характеристик этих образцов, а для остальных образцов неизвестное содержимое находится при вычислении согласно аппаратно адаптированному алгоритму способа, использующему полученную модель, и вычисленные количественные и/или качественные характеристики, которые могут характеризовать биологический или молекулярный состав, при этом производят контроль за лечением до полного выздоровления в медицине и следят за циклами превращений БО в производстве, и в случае заканчивания цикла производства или при выздоровлении пациента диагностика прекращается, а также лечебно-диагностические установки используют для проведения радиационной терапии больных пациентов, также перед началом каждой серии диагностики измеряют характеристики эталонов сравнения и вносят их в ЭВМ для вычисления аппаратной функции, а образцы приготовляют, например, взятием некоторого количества исследуемого жидкого, твердого или газообразного объекта живой и/или неживой природы и помещением в стандартизованные кюветы для измерения спектров пропускания и лазерно-индуцированной флуоресценции и иных характеристик конверсии излучения лазерного или иного источника света, которые могут быть как большого объема, объемом приблизительно в несколько миллилитров, так и маленького, объемом приблизительно в доли микролитров и собранные на планшетную основу, содержащую также и проточную кювету, при этом также сюда могут входить интегрированные с планшетой устройства для фотоакустической, оптотермической, и др. диагностик, с помощью которых измеряют соответствующие характеристики конверсии излучения в помещенных в планшетные кюветы образцах, а для разбавленных растворов с исследуемым содержимым предварительно увеличивают концентрацию содержимого фильтрованием субстрата, с последующим определением концентрации и вида вещества, например, на фильтре, а в случае неразделяемых объектов с пространственно-протяженной поверхностью часть измерений, связанных со световым откликом, выполняются непосредственно поднесением светособирающего устройства к поверхности органического вещества.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в глобальном варианте реализации оптической диагностики с помощью дистанционных методов по измеряемым характеристикам конверсии излучения лазерного или другого источника определяют количественные и качественные параметры близких или удаленных проб, при этом диагностический комплекс состоит из единого блока анализа информации, обрабатывающего спектры флуоресценции сразу нескольких блоков, измеряющих эти спектры и передающих свою информацию для обработки блоку анализа по локальным или глобальным сетям связи с использованием стандартных протоколов, в том числе и протоколов шифрования, также и/или проводят реализацию индивидуально нормированного диагностического диспансера, для чего измеряют спектральные и сигнальные характеристики конверсии оптического излучения в живом веществе каждого индивидуального организма в норме на разных стадиях его развития и заносят в базу данных головной ЭВМ, а потом используют для анализа по приведенному выше принципу и сравнения его результатов с анализом, сделанным в текущее время, и в случае отклонений текущих параметров диагностики как от индивидуальных так и от коллективных диапазонов нормы делают диагноз о соответствующей вычисленному параметру патологии

3. Устройство для реализации оптической диагностики биологических микрообъектов и их нанокомпонентов, содержащее кювету, к которой подвод возбуждающего излучения и отвод светового отклика идет по сложному оптоволоконному кабелю, который с первого конца выполнен многожильным, со второго конца для передачи возбуждающего излучения выполнен одножильным, жила которого переходит в центральные жилы первого конца, с третьего конца для передачи светового отклика в спектроанализатор выполнен многожильным, жилы которого переходят в периферийные жилы первого конца, второй конец сопряжен с выходом излучения лазера, а кюветы выполнены в форме, размерах и из материалов, определяемых конкретной задачей применения, при этом регистрирующую часть делают из матрицы полупроводниковых фотодетекторов, которые помещают и/или не помещают в термостат, охлажденный до низких температур, и/или многоканального фотоэлектронного умножителя, составленного по принципу конструкции фотоэлектронного умножителя жалюзийного типа с общим катодом и множеством анодов, соответствующих множеству каналов, количеством приблизительно 150-300, а измерения спектров пропускания проводят на спектроанализаторе, соединенном с одножильным световодом, который поставлен со стороны кюветы, противоположной стороне освещения источником полихроматического света, при этом дополнительно и/или отдельно измеряют спектральную флуоресцентную картину образца при помощи флуоресцентного микроскопа, снабженного проецирующей оптической частью, лазерным источником для возбуждения образца, светофильтром, поляризатором, диспергирующим элементом, окуляром для визуального контроля и/или без окуляра, высокочуствительной фотокамерой и устройством оцифровки сигнала и сопряжения с ЭВМ (PC), и система сбора флуоресцентного излучения, испускаемого диагностируемым образцом, может быть реализована в нескольких вариантах, например, представляющем простой торец оптоволоконного катетера как для экзокорпорального, так и эндокорпорального применения, или, например, представляющем линзовую или зеркальную коллиматорную систему, которая позволяет собирать и фокусировать лучи, исходящие от сравнительно небольшого по размерам образца под разными углами, в торец приемного световода, или, например, представляющем диэлектрическую антенну, собранную из двух склеенных между собой диэлектрических пластин, одна из которых на внешней от первой пластины стороне имеет форму замедляющей волновой структуры, а граница раздела диэлектриков на одном краю пластины, где происходит максимальная фокусировка возбужденной поверхностной волны, переходит в оптоволокно, а также, с целью увеличения собирательной силы антенны, в объеме второго диэлектрика располагают сеть тонких оптоволоконных жил, которые позволяют эффективно транслировать поверхностную волну в приемный световод, или, например, представляющем оптический резонатор с возможностью вмещения в него образцов в кюветах специальной формы, например эллипсоидальной, с приемным окном световода около вершины большой полуоси, а кюветы для измерения характеристик флуоресценции и экстинкции содержимого в них выполнены в виде емкостей луночной формы с прозрачными стенками и объемами, например, в десятые, в сотые доли миллилитра для визуального просмотра микробосодержащих субстратов, и измерения характеристик конверсии и расстояния между стенками кювет лежат в пределах, превышающих поперечные размеры микробов на 5-10% и/или в тысячные доли миллилитра для очень мутных субстратов, и что для автоматизации и ускорения измерения больших партий образцов микробосодержащих субстратов кюветы равных и/или разных объемов 0.001-1 мл собирают в планшеты, а также кюветы выполняются с большим объемом и/или дополнительно встроенными в планшеты, в том числе в проточном варианте, для измерения доступных в больших количествах образцов субстратов, также сюда могут входить интегрированные с планшетой устройства для фотоакустической, оптотермической, и др. диагностик, с элементами сопряжения с ЭВМ, а также устройства для сбора интегрированного и/или неинтегрированного светового отклика, сопряжения с флуоресцентным микроскопом и механизмом горизонтального и вертикального перемещения планшеты часть кювет в планшете при этом могут быть заполнены веществами, служащими эталонами, положительным, отрицательным и т.д.