RU2551634C1 - Device for fluorescent diagnostics of malignant neoplasms - Google Patents

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: device for the fluorescent diagnostics of malignant neoplasm includes a case, in which a light-emitting diode irradiator and a video camera with a spectral-selective optical system are fastened. The device also contains a switch of the light-emitting diode irradiator work mode and a USB-concentrator. The first inlet of the switch of the light-emitting diode irradiator work mode is connected to the connector for feeding voltage supply, which is mounted in the case, its second inlet is connected to the USB-concentrator outlet, the first inlet-outlet of which is connected to the inlet-outlet of the video camera, and its second outlet is connected to a USB-port, mounted into the case, with the outlet of the switch of the light-emitting diode irradiator work mode being connected to the inlet of the light-emitting diode irradiator.

EFFECT: device increases the accuracy of determination of malignant neoplasm borders, which makes it possible to determine its area and the dose of radiation, required for the following treatment.

2 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для флуоресцентной диагностики новообразований кожи, а также внутрикожных рецидивов других опухолей.The invention relates to medical equipment and can be used for fluorescence diagnosis of skin tumors, as well as intradermal relapses of other tumors.

Известно устройство для флуоресцентной диагностики новообразований кожи, включающее цифровую камеру и источник возбуждающего излучения, отличающееся тем, что цифровая камера характеризуется наличием монохромной CCD-матрицы и снабжена обоймой дихроичных фильтров, в качестве источника возбуждающего излучения используют две люминесцентные лампы с максимумами излучения 390, 415 и 433 нм; дополнительно снабжено экраном с высокопоглощающими свойствами, двумя кронштейнами для крепления люминесцентных ламп и персональным компьютером, RU 64783 U1, опубл. 10.07.2007.A device for fluorescence diagnostics of skin neoplasms is known, including a digital camera and a source of exciting radiation, characterized in that the digital camera is characterized by the presence of a monochrome CCD matrix and equipped with a clip of dichroic filters, two fluorescent lamps with maximums of radiation 390, 415 and 433 nm; additionally equipped with a screen with highly absorbing properties, two brackets for mounting fluorescent lamps and a personal computer, RU 64783 U1, publ. 07/10/2007.

Недостатком данного устройства является невозможность точного согласования спектра люминесцентной лампы со спектром поглощения фотосенсибилизатора, что обусловливает низкую чувствительность диагностической аппаратуры и негативно влияет на точность диагностики. Кроме того, устройство предполагает сопоставление трех изображений, снятых в разное время в разных спектральных диапазонах, что усложняет диагностику.The disadvantage of this device is the inability to precisely match the spectrum of the fluorescent lamp with the absorption spectrum of the photosensitizer, which leads to low sensitivity of the diagnostic equipment and negatively affects the accuracy of the diagnosis. In addition, the device involves the comparison of three images taken at different times in different spectral ranges, which complicates the diagnosis.

Известно устройство для флуоресцентной диагностики новообразований, включающее корпус, в котором размещен светодиодный излучатель, содержащий, по крайней мере, одну матрицу светодиодов и видеокамеру со спектрально-селективной оптической системой, RU 2176475, опубл. 10.12.2001.A device is known for fluorescence diagnosis of neoplasms, including a housing in which an LED emitter is located, comprising at least one matrix of LEDs and a video camera with a spectrally selective optical system, RU 2176475, publ. 12/10/2001.

Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящего изобретения.This technical solution is made as a prototype of the present invention.

Точность определения границ патогенного участка с помощью этого устройства недостаточна; это объясняется тем, что облучение происходит при непрерывном излучении светодиодов. При этом видеокамера воспринимает как флуоресценцию от пораженного участка, так и внешнее фоновое излучение, отраженное от непораженных участков, смежных с пораженным. В результате значительно снижается контрастность получаемого изображения и, соответственно, точность определения границ злокачественного новообразования, что не позволяет точно определить дозу облучения, необходимую для последующего лечения.The accuracy of determining the boundaries of the pathogenic region using this device is insufficient; this is due to the fact that irradiation occurs with continuous emission of LEDs. In this case, the video camera perceives both fluorescence from the affected area and external background radiation reflected from the unaffected areas adjacent to the affected area. As a result, the contrast of the resulting image is significantly reduced and, accordingly, the accuracy of determining the boundaries of the malignant neoplasm, which does not allow to accurately determine the radiation dose required for subsequent treatment.

Задачей изобретения является повышение точности определения границ злокачественного новообразования.The objective of the invention is to increase the accuracy of determining the boundaries of a malignant neoplasm.

Согласно изобретению устройство для флуоресцентной диагностики злокачественных новообразований, включающее корпус, в котором укреплены светодиодный излучатель и видеокамера со спектрально-селективной оптической системой, дополнительно содержит переключатель режима работы светодиодного излучателя и USB-концентратор, при этом первый вход переключателя режима работы светодиодного излучателя соединен с разъемом для подачи питающего напряжения, который вмонтирован в корпус, второй его вход соединен с выходом USB-концентратора, первый вход-выход которого соединен со входом-выходом видеокамеры, а второй его выход соединен с USB-портом, который вмонтирован в корпус, при этом выход переключателя режима работы светодиодного излучателя соединен со входом светодиодного излучателя.According to the invention, a device for fluorescence diagnosis of malignant neoplasms, comprising a housing in which an LED emitter and a video camera with a spectrally selective optical system are mounted, further comprises an LED emitter mode switch and a USB hub, the first input of the LED emitter mode switch being connected to a connector for supplying a supply voltage that is mounted in the housing, its second input is connected to the output of the USB hub, the first input one output of which is connected to the input-output of the camera, and its second output is connected to a USB port that is mounted in the housing, while the output of the mode switch of the LED emitter is connected to the input of the LED emitter.

Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «Новизна».The applicant has not identified any technical solutions identical to the claimed one, which allows us to conclude that the invention meets the condition of patentability “Novelty”.

Благодаря реализации отличительных признаков изобретения достигается технический результат, состоящий в том, что устройство для флуоресцентной диагностики злокачественных новообразований позволяет отстроиться от фонового излучения, вследствие чего изображение новообразования на мониторе имеет весьма четкие границы, что позволяет точно определить необходимую для последующего лечения дозу облучения.Thanks to the implementation of the distinguishing features of the invention, a technical result is achieved, consisting in the fact that the device for fluorescence diagnosis of malignant neoplasms allows you to detune from the background radiation, as a result of which the image of the neoplasm on the monitor has very clear boundaries, which allows you to accurately determine the radiation dose necessary for subsequent treatment.

Заявителем не выявлены источники информации, в которых содержались бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат.The applicant has not identified sources of information that would contain information about the influence of the distinguishing features of the invention on the achieved technical result.

Указанные обстоятельства позволяют сделать вывод о соответствии заявленного технического решения условию патентоспособности «Изобретательский уровень».These circumstances allow us to conclude that the claimed technical solution meets the condition of patentability "Inventive step".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:The invention is illustrated by drawings, which depict:

на фиг. 1 - схема, иллюстрирующая расположение элементов устройства в корпусе;in FIG. 1 is a diagram illustrating the arrangement of device elements in a housing;

на фиг. 2 - график интенсивности I излучения от облучаемой зоны при импульсном режиме работы светодиодного излучателя.in FIG. 2 is a graph of the intensity I of the radiation from the irradiated zone during the pulsed mode of operation of the LED emitter.

Устройство для флуоресцентной диагностики злокачественных новообразований включает корпус 1, в котором укреплен светодиодный излучатель 2 типа High Luminous Efficacy Deep Red LED Emitter LZ4-00R210, США. Длина излучаемой волны - 660 нм, излучаемая мощность - 2,5 Вт. В корпусе 1 также укреплена видеокамера 3, в конкретном примере использована черно-белая телевизионная камера высокого разрешения с цифровым и аналоговым выходами с интерфейсом USB 2.0 в корпусе внутреннего исполнения, модель VSC-756-USB, Россия.A device for fluorescence diagnosis of malignant neoplasms includes a housing 1, in which a LED emitter 2 of the type High Luminous Efficacy Deep Red LED Emitter LZ4-00R210, United States, is strengthened. The radiated wavelength is 660 nm, the radiated power is 2.5 watts. Camera 3 is also strengthened in case 1; in a specific example, a black and white high-resolution television camera with digital and analog outputs with USB 2.0 interface is used in an internal case, model VSC-756-USB, Russia.

В корпусе 1 установлены переключатель 4 режима работы излучателя, содержащий микросхему FT 232 Н и транзисторный ключ (два последовательно соединенных транзистора 2N7000), и USB-концентратор 5 марки Orient UH-135 (Китай). В корпус 1 вмонтированы разъем 6 для подачи питающего напряжения и USB-порт 7 для подключения персонального компьютера.In case 1, a switch 4 of the emitter operating mode is installed, containing an FT 232 N chip and a transistor switch (two 2N7000 transistors connected in series), and an Orient UH-135 USB hub 5 (China). In case 1, a connector 6 is mounted for supplying voltage and a USB port 7 for connecting a personal computer.

Видеокамера снабжена спектральной селективной оптической системой 8, представляющей собой совокупность трех полосовых светофильтров SL755/90, Россия. Полоса пропускания 90±10 нм на центральной длине волны 677±5 нм.The video camera is equipped with a spectral selective optical system 8, which is a combination of three band-pass filters SL755 / 90, Russia. The passband is 90 ± 10 nm at a central wavelength of 677 ± 5 nm.

Работа устройства основана на способности фотосенсибилизатора селективно накапливаться в объеме злокачественного новообразования, с одной стороны, и на способности препарата к флюоресценции под действием оптического излучения определенной длины волны, с другой стороны.The operation of the device is based on the ability of the photosensitizer to selectively accumulate in the volume of a malignant neoplasm, on the one hand, and on the ability of the drug to fluorescence under the influence of optical radiation of a certain wavelength, on the other hand.

Работа устройства в непрерывном режиме происходит следующим образом. Светодиодный излучатель 2 по поступающей через USB-порт 7 команде оператора с помощью переключателя 4 режима работы излучателя 2 устанавливается в режим непрерывного освещения облучаемой зоны 9, содержащей, предположительно, злокачественное новообразование 10. Видеокамера 3, направленная на облучаемую зону, наводится на резкость. Селективная оптическая система 8 не пропускает излучение светодиодного излучателя 2, отраженное от зоны 9, на видеокамеру 3, куда попадает только излучение флюоресценции фотосенсибилизатора, накопившегося в злокачественном новообразовании 10, а также фоновое излучение в спектральном диапазоне пропускания спектрально-селективной системы 8. Видеокамера 3 через USB-концентратор 5 передает в подключаемый через USB-порт 7 компьютер по интерфейсу передачи данных последовательно экспонируемые кадры, содержащие изображения пространственного распределения флюоресценции вместе с частью фонового излучения, прошедшего через спектрально-селективную оптическую систему. Это пространственное распределение флюоресценции определяет поверхностную топологию злокачественного новообразования 10. Изображения подвергаются количественному анализу и визуализируются на мониторе компьютера вместе с результатами количественного анализа (ориентировочные значения площади новообразования и приблизительные контуры границ новообразования) в реальном времени. В конкретном примере использован компьютер (ноутбук) Fujitsu A531ОMRKA5RU, оперативная память 2048 MbDDR3, монитор - 15,6 дюйма с разрешением 1366×768 р. Совокупность полученной информации позволяет констатировать с большой вероятностью наличие злокачественного образования 10 на облучаемой зоне 9. В случае необходимости уточнения диагноза с помощью переключателя 4 переключают излучатель 2 на работу в импульсном режиме для получения более точных значений площади новообразования и определения его контуров по более контрастному изображению.The operation of the device in continuous mode is as follows. The LED emitter 2, by the operator’s command received via USB port 7, is set to the continuous illumination mode of the irradiated zone 9, presumably a malignant neoplasm 10, using the switch 4 of the emitter 2’s operating mode. The video camera 3 aimed at the irradiated zone is focused. The selective optical system 8 does not pass the radiation of the LED emitter 2 reflected from zone 9 to the video camera 3, which receives only the fluorescence radiation of the photosensitizer accumulated in the malignant neoplasm 10, as well as background radiation in the spectral transmission range of the spectrally selective system 8. Video camera 3 through The USB hub 5 transfers sequentially exposed frames containing spatial images to a computer connected via USB port 7 via a data interface edeleniya fluorescence together with a part of the background radiation that has passed through a spectrally-selective optical system. This spatial distribution of fluorescence determines the surface topology of the malignant neoplasm 10. Images are quantitatively analyzed and visualized on a computer monitor along with the results of quantitative analysis (approximate values of the neoplasm area and approximate contours of the neoplasm boundaries) in real time. In a specific example, a Fujitsu A531 OMRKA5RU computer (laptop) was used, 2048 MbDDR3 RAM, a 15.6-inch monitor with a resolution of 1366 × 768 r. The totality of the information obtained makes it possible to ascertain the presence of a malignant lesion 10 in the irradiated zone 9. If it is necessary to clarify the diagnosis, switch 4 switches the emitter 2 to work in pulsed mode to obtain more accurate values of the neoplasm area and determine its contours from a more contrasting image.

Работа устройства в импульсном режиме происходит следующим образом. Имеются две фазы процесса - в первой фазе интенсивность излучения равна нулю, во второй - интенсивность излучения равна заданной величине. В течение первой фазы видеокамера 3 передает через USB-концентратор 5 и USB-порт 7 экспонированный кадр, содержащий только фоновое излучение, прошедшее через спектрально-селективную систему 8. В течение второй фазы видеокамера 3 передает экспонированный кадр, содержащий фоновое излучение, прошедшее через спектрально-селективную систему 8, вместе с изображением флюоресценции злокачественного новообразования 10. Затем происходит попиксельное вычитание кадра, полученного в течение первой фазы, из кадра, полученного в течение второй фазы; результатом вычитания является поверхностное распределение флюоресценции в чистом виде. Разностные кадры подвергаются количественному анализу и визуализируются на мониторе компьютера вместе с результатами количественного анализа (площадь новообразования, контуры границ новообразования) в реальном времени. Пользователь имеет возможность настроить визуализацию и задать параметры количественного анализа, а также следить за изменением результатов количественного анализа со временем.The operation of the device in pulsed mode is as follows. There are two phases of the process - in the first phase, the radiation intensity is zero, in the second - the radiation intensity is equal to a given value. During the first phase, video camera 3 transmits through the USB hub 5 and USB port 7 an exposed frame containing only background radiation transmitted through a spectrally selective system 8. During the second phase, video camera 3 transmits an exposed frame containing background radiation transmitted through spectrally -selective system 8, together with the image of the fluorescence of the malignant neoplasm 10. Then there is a pixel-by-pixel subtraction of the frame obtained during the first phase from the frame obtained during the second phase; the result of the subtraction is the surface distribution of fluorescence in its pure form. Difference frames are subjected to quantitative analysis and visualized on a computer monitor along with the results of quantitative analysis (neoplasm area, contours of neoplasm boundaries) in real time. The user has the opportunity to customize the visualization and set the parameters of the quantitative analysis, as well as monitor the change in the results of the quantitative analysis over time.

Благодаря тому, что устройство позволяет отстроиться от фонового излучения, четко определяются границы новообразования, что позволяет точно определить его площадь и, соответственно, необходимую для последующего лечения дозу облучения.Due to the fact that the device allows you to tune away from background radiation, the boundaries of the neoplasm are clearly defined, which allows you to accurately determine its area and, accordingly, the radiation dose necessary for subsequent treatment.

Устройство изготовлено ЗАО «Полупроводниковые приборы» и испытано в ФГБУ «НИИ онкологии им. Н.Н. Петрова» Минздрава России, Санкт-Петербург.The device was manufactured by CJSC Semiconductor Devices and tested at the FSBI Scientific Research Institute of Oncology named after N.N. Petrova »Ministry of Health of Russia, St. Petersburg.

Claims (1)

Устройство для флуоресцентной диагностики злокачественных новообразований, включающее корпус 1, в котором укреплены светодиодный излучатель 2 и видеокамера 3 со спектрально-селективной оптической системой, отличающееся тем, что дополнительно содержит переключатель 4 режима работы светодиодного излучателя 2 и USB-концентратор 5, при этом первый вход переключателя 4 режима работы светодиодного излучателя 2 соединен с разъемом 6 для подачи питающего напряжения, который вмонтирован в корпус 1, второй его вход соединен с выходом USB-концентратора 5, первый вход-выход которого соединен со входом-выходом видеокамеры 3, а второй его выход соединен с USB-портом 7, который вмонтирован в корпус 1, при этом выход переключателя 4 режима работы светодиодного излучателя соединен со входом светодиодного излучателя. A device for fluorescence diagnosis of malignant neoplasms, comprising a housing 1, in which a LED emitter 2 and a video camera 3 with a spectrally selective optical system are mounted, characterized in that it further comprises a switch 4 of the operating mode of the LED emitter 2 and a USB hub 5, with the first input switch 4 of the operating mode of the LED emitter 2 is connected to a connector 6 for supplying a supply voltage that is mounted in the housing 1, its second input is connected to the output of a USB hub 5, the first input-output is connected to the input-output of video camera 3, and its second output is connected to USB-port 7, which is mounted in the housing 1, the output switch 4 mode LED emitter connected to the input of the LED emitter.

Images