RU2506049C1 - Устройство диагностики рака кожи - Google Patents
Устройство диагностики рака кожи Download PDFInfo
- Publication number
- RU2506049C1 RU2506049C1 RU2012134481/14A RU2012134481A RU2506049C1 RU 2506049 C1 RU2506049 C1 RU 2506049C1 RU 2012134481/14 A RU2012134481/14 A RU 2012134481/14A RU 2012134481 A RU2012134481 A RU 2012134481A RU 2506049 C1 RU2506049 C1 RU 2506049C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bragg grating
- optic
- laser
- fibre
- fiber
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Изобретение относится к медицинской технике, а именно к исследованиям с диагностическими целями, и может быть использовано в дерматологии и онкологии. Устройство диагностики рака кожи, включающее лазер и ПЭВМ, а также оптическую систему, состоящую из оптоволоконного зонда, включающего передающее оптоволокно с сформированными на дистальном конце пропускающей брэгговской решеткой-светофильтром, настроенной на длину волны лазера, и линзой, приемное оптоволокно с сформированным в нем заграждающим лазерное излучение notch-фильтром в виде брэгговской решетки, оптоволоконного разветвителя, к каждому выходному каналу которого подсоединена своя оптоволоконная брэгговская решетка, настроенная на пропускание определенной длины волны спектра комбинационного рассеяния и оптически связанная с собственным фотоприемником или линейкой фотоприемников с параллельным доступом, выходы которых соединены с платой сбора данных ПЭВМ. На торце оптоволоконного зонда установлена съемная металлическая фигурная шайба, допускающая дезинфекцию или замену при смене пациентов. Изобретение позволяет решать задачи диагностики границ злокачественных новообразований на коже при проведении операций и медикаментозных воздействиях, эндоскопических обследованиях. 1 ил.
Description
Изобретение относится к медицинской технике, а именно к исследованиям с диагностическими целями, и может быть использовано в дерматологии и онкологии при решении задач диагностики границ злокачественных новообразований на коже при проведении операций и медикаментозных воздействиях, эндоскопических обследованиях, а также в приборостроении при изготовлении медицинской техники.
Спектроскопия комбинационного рассеяния (КР) широко применяется в биологических исследованиях, начиная с изучения очищенных биологических веществ и кончая исследованиями на уровне отдельных клеток. Данная методика обладает некоторыми характеристиками, делающими ее особенно подходящей для исследований кожи как in vivo, так и in vitro (Лукассен Д.В. и др. Спектроскопия инфракрасного поглощения и комбинационного рассеяния кожи человека in vivo. В кн.: Оптическая биомедицинская диагностика. В 2 т.Т. 2 / Пер. с англ. под ред. В.В.Тучина. - М: ФИЗМАТЛИТ, 2007. - С.124-153). Спектроскопия КР дает детальную информацию о молекулярном составе и молекулярных структурах кожи. Кроме того, поскольку молекулярные колебания подвержены непосредственному влиянию микроокружения функциональных групп, колебательный спектр несет информацию о межмолекулярном взаимодействии. Более того, вся эта информация может быть извлечена совершенно неинвазивным образом, поскольку спектры КР можно снимать прямо на коже. В тех случаях, когда нужно отследить какие-либо изменения, это дает особенно большое преимущество по сравнению с существующей техникой, требующей изъятия кожного материала, например путем отрыва с помощью клейкой ленты. Важным преимуществом спектроскопии КР является то, что могут быть исследованы не только поверхностные, но и более глубоко лежащие слои кожи. Однако описанное в вышеупомянутой статье устройство для получения спектров КР включает в себя спектрометр и ПЗС-камеру, а его работа предусматривает формирование и регистрацию полного спектра КР в заданном диапазоне длин волн и его обработку, тем самым снижая оперативность получения диагностического результата.
В отличие от диффузного рассеяния комбинационное рассеяние оптического излучения характеризуется сдвигом частоты излучения по отношению к частоте падающего излучения. Причем этот сдвиг связан с частотой колебания рассеивающей молекулы. Учитывая, что каждое химическое вещество имеет свое уникальное микроскопическое строение, которое в том числе отличается по собственным колебательным частотам, спектральный анализ комбинационного рассеяния позволяет однозначно судить о химическом веществе, находящемся в области наблюдения (рассеяния). Для клеток опухоли характерно наличие определенного набора пиков интенсивности комбинационного рассеяния на выделенных частотных сдвигах, которые формируют определенную сигнатуру. Характерная сигнатура КР новообразований кожи формируется за счет фосфодиэфирных О-Р-О колебаний ДНК (788 см-1), колебаний пролина и основной полосы С-С колебаний белков (850 и 950 см-1), молекулярных колебаний коллагена (1268 и 1312 см-1) и фенилаланина (1003 см-1), а для меланомы дополнительно наблюдаются пики интенсивностей в области 1650 и 1450 см-1, отвечающие колебаниям метиленовой группы СН2 (Gniadecka М. et all. Melanoma Diagnosis by Raman Spectroscopy and Neural Networks: Structure Alterations in Proteins and Lipids in Intact Cancer Tissue. // J Invest Dermatol, 2004. - №122. - P. 443-449).
Известен клинический инструмент для комбинированной спектроскопии КР - оптической когерентной томографии рака кожи, описанный в статье Patil С.A. et all. A Clinical Instrument for Combined Raman Spectroscopy-Optical Coherence Tomography of Skin Cancers. // Lasers in Surgery and Medicine. - 2011. - №43. - P.143-151. В нем канал комбинационного рассеяния выполнен в виде пробника, состоящего из дискретных традиционных оптических элементов: линз, зеркал и светофильтров; спектр комбинационного рассеяния формируется спектрографом; регистрируется ПЗС-камерой; анализируется и сохраняется в ПЭВМ. Сами авторы отмечают низкую оперативность получения спектроскопической информации, а большие габариты и масса пробника КР вызвали необходимость его размещения на механической руке.
Наиболее близким техническим решением является устройство, предложенное в статье Larraona-Puy М. et all. Development of Raman microspectroscopy for automated detection and imaging of basal cell carcinoma. // Journal of Biomedical Optics. - 2009. - Vol.14(5). - №054031. - P. 1-10, в которой, кроме того, статистическими исследованиями убедительно обоснован способ диагностики рака кожи на примере базально-клеточной карциномы путем многомерного анализа отношений интенсивностей спектральных пиков КР. Устройство содержит лазер, возбуждающий спектры КР, два интерференционных notch-фильтра для подавления возбуждающего излучения в рассеянном анализируемом излучении, спектрограф, ПЗС-детектор и ПЭВМ.
Предложенное устройство имеет недостатки, заключающиеся в низком быстродействии из-за последовательной обработки всего спектра КР, сложности и громоздкости конструкции, наличия оптических элементов, требующих очень точной юстировки, что обусловливает необходимость использования дополнительной виброизоляции и ухудшает потребительские свойства устройства.
Задачами изобретения являются повышение быстродействия устройства, упрощение конструкции и уменьшение ее габаритов.
Указанные задачи решаются за счет того, что в устройстве диагностики рака кожи методом спектроскопии комбинационного рассеяния, включающем лазер с оптоволоконным выводом излучения, передающее оптоволокно с сформированными на дистальном конце пропускающей брэгговской решеткой-светофильтром, настроенной на длину волны лазера, и линзой, приемное оптоволокно с сформированным в нем заграждающим notch-фильтром в виде брэгговской решетки, оптоволоконный разветвитель, к каждому выходному каналу которого подсоединена своя оптоволоконная брэгговская решетка, настроенная на пропускание определенной длины волны спектра комбинационного рассеяния и оптически связанная с собственным фотоприемником или линейкой фотоприемников с параллельным доступом, выходы которых соединены с платой сбора данных ПЭВМ. Передающее и приемное оптоволокна объединены в зонд, сменная металлическая фигурная шайба которого определяет расстояние до рассеивающей поверхности, экранирует дистальный торец зонда от внешних засветок и допускает дезинфекцию или замену при смене пациентов.
Использование оптоволоконного зонда и приемных оптоволокон с брэгговскими решетками-светофильтрами и фотоприемников с параллельным доступом позволяет упростить конструкцию устройства, уменьшить его габариты и повысить быстродействие. Кроме того, предлагаемое решение не требует дополнительных юстировок и может работать в условиях внешних ударных и вибрационных внешних нагрузок, не требует дополнительной виброизоляции.
На чертеже показана схема устройства диагностики рака кожи методом спектроскопии комбинационного рассеяния. Поперечным к оптической оси оптоволокна периодическим набором линий обозначены брэгговские решетки, сформированные в оптоволокне.
Устройство содержит оптоволоконный зонд 1, например отрезок металлической трубки, внутрь которой вклеены передающее 2 и приемное 3 оптоволокна. На дистальном, обращенном к объекту диагностики 4 торце передающего оптоволокна сформирована линза 5 и в самом оптоволокне - брэгговская пропускающая решетка-светофильтр 6, настроенная на излучение лазера 7, а вблизи дистального торца приемного оптоволокна 3 в нем сформирована заграждающая брэгговская решетка - notch-фильтр 8, препятствующая попаданию упругорассеянного лазерного излучения в приемный канал. Расстояние до объекта диагностики определяется толщиной съемной фигурной металлической шайбы 9, другое назначение которой - экранировать входной торец приемного волокна от внешних засветок, а будучи выполненной съемной она допускает дезинфекцию или замену при переходе от диагностики одного пациента к диагностике другого. Другим концом приемное оптоволокно оптически соединено с разветвителем 10. К выходу разветвителя 10 оптически присоединены оптоволокна 11 - 19, заканчивающиеся брегговскими решетками-светофильтрами 20, максимум спектра пропускания каждой из которых настроен на пропускание комбинационно рассеянного излучения на одной из диагностических длин волн. Выходы оптоволокон 11-19 оптически связаны с собственными фотоприемниками или линейкой фотоприемников с параллельным доступом 21, выходы которых соединены с платой сбора данных 22 ПЭВМ 23.
В соответствии со способом диагностики рака кожи, основанным на соотношении пиков комбинационного рассеяния (Larraona-Puy М. et all. Development of Raman microspectroscopy for automated detection and imaging of basal cell carcinoma. // Journal of Biomedical Optics. - 2009. - Vol.14 (5). - №054031. - P.1-10, Gniadecka M. et all. Melanoma Diagnosis by Raman Spectroscopy and Neural Networks: Structure Alterations in Proteins and Lipids in Intact Cancer Tissue, J Invest Dermatol, 2004. №122, P. 443-449), максимум спектра пропускания каждой из брэгговских решеток-светофильтров 20, сформированных в оптоволокнах 11-19, выбирается по частотным сдвигам относительно центральной длины волны излучения лазера 7 максимумов стоксовых компонент спектра комбинационного рассеяния кожи. Так длина волны максимума спектра пропускания брегговской решетки-светофильтра оптоволокна 11 должна быть сдвинута в длинноволновую сторону относительно длины волны излучения лазера 7 на 788 см-1 в частотном представлении, для оптоволокна 12 - на 850 см-1, для 13 - на 950 см-1, для 14 - на 1003 см-1, для 15 - на 1093 см-1, для 16 - на 1268 см-1, для 17 - на 1312 см-1, для 18 - на 1450 см-1, для 19 - на 1650 см-1. Данные спектральные полосы включают в себя все основные (сильные) пики интенсивности комбинационного рассеяния для всех форм рака.
Устройство работает следующим образом. Оптоволоконный зонд 1 съемной фигурной шайбой 9 прикладывается к диагностируемому участку кожи 4 пациента. По команде с ПЭВМ 23 включается лазер 7, и его излучение, распространяющееся по передающему оптоволокну 2, фокусируется сформированной на его дистальном торце линзой 5 на поверхность кожи 4 или выбранный по диагностическим соображениям подповерхностный ее слой. Рассеянное диагностируемым объектом 4 излучение попадает на дистальный торец приемного оптоволокна 3. Упругорассеянная компонента этого излучения подавляется брэгговской решеткой - notch-фильтром 8, сформированной в приемном волокне 3. Комбинационно-рассеянное излучение через разветвитель 10 попадает в оптоволокна 11-19, заканчивающиеся брегговскими решетками-светофильтрами 20, максимум спектра пропускания каждой из которых настроен на пропускание комбинационно рассеянного излучения на одной из диагностических длин волн.
С выходных торцов каждого из оптоволокон 11-19 излучение с интенсивностями I778 см-1, I850 см-1, I950 см-1, I1003 см-1, I1093 см-1, I1268 см-1, I1312 см-1, I1450 см-1, I1650 см-1 попадает на свой фотоприемник 21 и далее, будучи преобразованным в электрический сигнал, пропорциональный интенсивности соответствующей спектральной компоненты комбинационно-рассеянного излучения, в форме электрического сигнала по девяти параллельным каналам поступает на плату сбора данных 22 и далее в ПЭВМ 23. ПЭВМ 23 рассчитывает отношения интенсивностей в каждом из каналов, которые формируют сигнатуру КР, которая используется для квалификации диагностического участка кожи. Так, в соответствии с классификатором, предложенным в статье Larraona-Puy М. et all. Development of Raman microspectroscopy for automated detection and imaging of basal cell carcinoma. // Journal of Biomedical Optics. - 2009. - Vol.14 (5). - №054031. - P.1-10, для идентификации базально-клеточной карциномы достаточно использовать следующие отношения
r1=I778 см-1/I1003 см-1;
r2=I850 см-1/I1003 см-1;
r3=I950 см-1/I1003 см-1;
r4=I1093 см-1/I1003 см-1;
r5=I1312 см-1/I1268 см-1.
Для идентификации меланомы в соответствии с (Gniadecka М. et all. Melanoma Diagnosis by Raman Spectroscopy and Neural Networks: Structure Alterations in Proteins and Lipids in Intact Cancer Tissue. // J Invest Dermatol, 2004. - №122. - P. 443-449.) надо дополнительно использовать отношение r6 зарегистрированного излучения в каналах 18 и 19, отвечающих полосам комбинационного рассеяния 1650 см-1 и 1450 см-1:
r6=I1650 см-1 /I1450 см-1.
Claims (1)
- Устройство диагностики рака кожи, включающее лазер, оптическую систему и ПЭВМ, отличающееся тем, что оптическая система состоит из оптоволоконного зонда, включающего передающее оптоволокно с сформированными на дистальном конце пропускающей брэгговской решеткой-светофильтром, настроенной на длину волны лазера, и линзой, приемное оптоволокно с сформированным в нем заграждающим лазерное излучение notch-фильтром в виде брэгговской решетки, оптоволоконного разветвителя, к каждому выходному каналу которого подсоединена своя оптоволоконная брэгговская решетка, настроенная на пропускание определенной длины волны спектра комбинационного рассеяния и оптически связанная с собственным фотоприемником или линейкой фотоприемников с параллельным доступом, выходы которых соединены с платой сбора данных ПЭВМ, на торце оптоволоконного зонда установлена съемная металлическая фигурная шайба, допускающая дезинфекцию или замену при смене пациентов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012134481/14A RU2506049C1 (ru) | 2012-08-10 | 2012-08-10 | Устройство диагностики рака кожи |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012134481/14A RU2506049C1 (ru) | 2012-08-10 | 2012-08-10 | Устройство диагностики рака кожи |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2506049C1 true RU2506049C1 (ru) | 2014-02-10 |
Family
ID=50032128
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012134481/14A RU2506049C1 (ru) | 2012-08-10 | 2012-08-10 | Устройство диагностики рака кожи |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2506049C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999045338A1 (fr) * | 1998-03-06 | 1999-09-10 | Optical Coherence Technologies, Inc. | Dispositif de tomographie optique coherente, scanner transversal a fibres optiques et procede d'etude de tissus biologiques in vivo |
RU98104238A (ru) * | 1998-03-06 | 1999-12-10 | В.М. Геликонов | Устройство для оптической когерентной томографии, оптоволоконное сканирующее устройство и способ диагностики биоткани in vivo |
RU2169525C1 (ru) * | 2000-01-20 | 2001-06-27 | Институт прикладной физики РАН | Способ диагностики in vivo патологической зоны в слоистой системе биологического органа эпителий-подлежащая соединительная ткань |
RU83419U1 (ru) * | 2008-11-26 | 2009-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Федеральный научно-производственный центр "Прибор" | Лазерное медицинское устройство |
-
2012
- 2012-08-10 RU RU2012134481/14A patent/RU2506049C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999045338A1 (fr) * | 1998-03-06 | 1999-09-10 | Optical Coherence Technologies, Inc. | Dispositif de tomographie optique coherente, scanner transversal a fibres optiques et procede d'etude de tissus biologiques in vivo |
RU98104238A (ru) * | 1998-03-06 | 1999-12-10 | В.М. Геликонов | Устройство для оптической когерентной томографии, оптоволоконное сканирующее устройство и способ диагностики биоткани in vivo |
RU2169525C1 (ru) * | 2000-01-20 | 2001-06-27 | Институт прикладной физики РАН | Способ диагностики in vivo патологической зоны в слоистой системе биологического органа эпителий-подлежащая соединительная ткань |
RU83419U1 (ru) * | 2008-11-26 | 2009-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Федеральный научно-производственный центр "Прибор" | Лазерное медицинское устройство |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Santos et al. | Fiber-optic probes for in vivo Raman spectroscopy in the high-wavenumber region | |
US6006001A (en) | Fiberoptic assembly useful in optical spectroscopy | |
Motz et al. | Real-time Raman system for in vivo disease diagnosis | |
Krafft et al. | Biomedical applications of Raman and infrared spectroscopy to diagnose tissues | |
Subhash et al. | Oral cancer detection using diffuse reflectance spectral ratio R540∕ R575 of oxygenated hemoglobin bands | |
DK1567852T3 (da) | Anvendelse til Raman-spektroskopi ved höje bölgetal til måling af væv | |
US20040124366A1 (en) | Apparatus and methods relating to high speed spectroscopy and excitation-emission matrices | |
US20070088219A1 (en) | System and method for coherent anti-stokes raman scattering endoscopy | |
US20030231305A1 (en) | Apparatus and methods relating to high speed raman spectroscopy | |
Iping Petterson et al. | Characterisation of a fibre optic Raman probe within a hypodermic needle | |
WO2014124531A1 (en) | Integrated spectral probe for raman, reflectance and fluorescence spectral measurements | |
CA2711643A1 (en) | Systems and methods for tissue examination, diagnostic, treatment, and/or monitoring | |
CN107941782A (zh) | 可内窥光纤拉曼探针及检测装置 | |
WO2018182537A1 (en) | Optical probe, raman spectroscopy system, and method of using the same | |
Barik et al. | In vivo spectroscopy: optical fiber probes for clinical applications | |
Zeng et al. | Raman spectroscopy for in vivo tissue analysis and diagnosis, from instrument development to clinical applications | |
RU2506049C1 (ru) | Устройство диагностики рака кожи | |
Schleusener et al. | Raman spectroscopy for the discrimination of cancerous and normal skin | |
Li et al. | Raman spectroscopy of Chinese human skin in vivo | |
Dai et al. | Fiber-optic Raman spectrum sensor for fast diagnosis of esophageal cancer | |
Zhao et al. | Nonlinear optical microscopy for skin in vivo: Basics, development and applications | |
Tan et al. | Near-infrared Raman spectroscopy using hollow-core photonic bandgap fibers | |
Basov et al. | Fiber optic middle infrared evanescent wave spectroscopy for early detection of melanoma | |
WO2008086191A1 (en) | Time-gated raman spectroscopy device | |
Fitzmaurice et al. | Raman spectroscopy: development of clinical applications for breast cancer diagnosis |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140811 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20150827 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160811 |