Устройство для спектральной диагностики и избирательной фототерапии

 

Изобретение относится к медицине, в частности к диагностике, в том числе люминесцентной, и фототерапии патологически измененных тканей. В устройство для спектральной диагностики и избирательной фототерапии введены система усиления контраста, запоминающее устройство, устройство сравнения и система совмещения маски-диафрагмы с выделенным участком исследуемой ткани, оптико-механически связанная с оптической системой видеокамеры. Волоконно-оптическая система диагностического лазера жестко связана с оптической системой видеокамеры. Каждое изменение контраста исходного видеоизображения приводит к появлению в запоминающем устройстве результата обработки с определенным количеством (от 64 до 0) уровней серого цвета. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения формы патологически измененных участков тканей, ее точного оконтуривания и обеспечения фотовоздействия на патологические области с проведением оперативного контроля и анализа результатов терапии в процессе фотовоздействия с учетом особенностей тканей и локализации, а также снижение травматизма прилегающих здоровых тканей. 1 ил.

Изобретение относится к области медицины, в частности к диагностике, в том числе люминесцентной, и фототерапии патологически измененных тканей.

В настоящее время известны ряд диагностических [1,2] и терапевтических устройств [2,3] , позволяющих проводить диагностику и лечение различных заболеваний, представляющих собой комплексы фотометрической и фоторегистрирующей, спектроанализирующей и лазерной аппаратуры.

Недостатками этих устройств являются сложности позиционирования и определения форм патологически измененных участков тканей при диагностике сканированием чувствительной частью фотоприемника по поверхности ткани, отсутствие избирательного фотовоздействия (воздействие только на пораженные ткани), сложность проведения экспресс-анализа фотовоздействия в процессе терапевтического сеанса, отсутствие равномерного сообщения дозы фотовоздействия по поверхности патологической области в силу ручного сканирования по поверхности ткани в процессе проведения фототерапевтического сеанса.

Известно устройство, выбранное в качестве прототипа, представляющее собой лабораторную установку для спектральной диагностики и фотодинамической терапии [4,5] . Недостатками прототипа являются его низкая реактивность на изменения, происходящие в области, подверженной терапевтическому фотовоздействию, и связанные с изменением положения облучаемого участка в результате его естественной подвижности, изменением его оптических свойств, а также с появлением нежелательных реакций прилежащих здоровых тканей на фотовоздействие (высыхание, коагуляция). Последнее обстоятельство существенно ограничивает возможности применения прототипа, в частности при диагностике и лечении заболеваний, связанных с изменениями сосудистой системы (особенно кровеносных сосудов глаза), тонкостенных органов, метастазов и т.д.

Задачей изобретения является точное определение формы патологически измененных участков тканей, ее точное оконтуривание и обеспечение фотовоздейтвия на патологические области с проведением оперативного контроля и анализа результатов терапии в процессе фотовоздействия с учетом особенностей тканей и локализаций, с целью снижения травматизма прилегающих здоровых тканей. Указанная задача решается тем, что в устройство для спектральной диагностики и избирательной фототерапии введены запоминающее устройство, устройство сравнения и система совмещения маски-диафрагмы, оптико-механически связанная с оптической системой видеокамеры, при этом волоконно-оптическая система диагностического лазера жестко связана с оптической системой видеокамеры. Каждое изменение контраста исходного видеоизображения приводит к появлению в запоминающем устройстве результата обработки с определенным количеством (от 64 до 0) уровней серого цвета.

Устройство для спектральной диагностики и избирательной фототерапии (далее - Устройство) работает следующим образом (фиг. 1): волоконная оптическая система (1) диагностического лазера (2) жестко связана с оптической системой (З) видеокамеры таким образом, что диагностическое излучение, имеющее длину волны в диапазоне 350-1400 нм, строго центрировано с полем обзора видеокамеры (4), и вся поверхность, подверженная диагностическому облучению находится внутри поля обзора оптической системы видеокамеры. Видеокамера принимает видеоизображение исследуемой области и/или люминесцентной картины исследуемой области с разрешением не менее 700 телевизионных линий в диапазоне длин волн 400-750 нм, которое поступает в электронную систему усиления контраста видеоизображения (5). Электронная система усиления контраста видеоизображения имеет ряд настроек для обеспечения фильтрации изображений по характерным признакам патологически измененных участков тканей, хранящихся в запоминающем устройстве (6). Процесс фильтрации или обработки изображения заключается в выделении спектрально отличаемой области белым цветом и несколькими уровнями серого, оставшиеся зоны "покрываются" черным цветом. Каждое изменение условий усиления контраста приводит к появлению результата обработки с определенным набором уровней серого цвета. Количество уровней серого цвета определяется в зависимости от условий усиления контраста по линейной зависимости в пределах от 64 до 0, что соответствует исходному и максимальному (изображение "белое на черном") уровням контраста.

Таким образом, из электронной системы усиления контраста видеоизображения (5) усиленное видеоизображение поступает одновременно на видеоконтрольное устройство (7), в запоминающее устройство (6) и устройство сравнения (8), при этом в запоминающем устройстве, в соответствии с настройками, появляется результат фильтрации видеоизображения, который поступает в устройство сравнения (8) и видеоконтрольное устройство (7). Электронная система усиления контраста фильтрует изображение (пересылает в запоминающее устройство (ЗУ) в соответствии с настойками ЗУ), результат фильтрации формируется и хранится в запоминающем устройстве (6).

Усиленное видеоизображение и результат фильтрации видеоизображения поступают в устройство сравнения (8), при этом устройство сравнения по определенным правилам вырабатывает команды для устройства формирования маски диафрагмы (9) и системы совмещения маски-диафрагмы с выделенным участком исследуемой ткани (10), которая оптико-механически связана с оптической системой видеокамеры. Таким образом обеспечивается центрирование и ориентация проекции маски-диафрагмы (11) на выделенном участке ткани. Уровни интенсивности терапевтического воздействия устанавливаются и контролируются от устройства сравнения в соответствии с режимами, хранящимися в запоминающем устройстве. Излучение терапевтического лазера (12) в диапазоне длин волн 500-1400 нм, проходя через маску-диафрагму, попадает на ранее диагностированную поверхность в соответствии с формой образования или результатами фильтрации его изображения, при этом процесс удержания на поверхности патологически измененного участка ткани становится автоматическим в соответствии с результатами фильтрации, хранящимися в запоминающем устройстве. В случае приближения или удаления всей оптической системы Устройства от исследуемой поверхности манипуляций по настройке систем уже не требуется, настройка осуществляется автоматически, поскольку максимальная задержка реакции (изменение мощности излучения, изменение размеров и формы картины фотовоздействия и т.д.) на изменения составит не более 20 мс, а в случае терапевтического фотовоздействия на небольшие области (например кровеносные сосуды) 5-8 мс.

Размеры и форма маски-диафрагмы формируются в соответствии с результатами обработки видеоизображения. В случае изменения оптических свойств ткани, в частности пропускания излучения, реальные очертания патологически измененных участков тканей, а соответственно форма и размеры маски-диафрагмы изменятся. Именно поэтому в процессе фотовоздействия, когда простое масштабирование картины фотовоздействия не допускается, переход на другой результат обработки исходного изображения гарантирует попадание лазерного излучения на выделенную область, предохраняет облучаемые ткани от передозировки и снижает травматизм здоровых тканей.

Такое структурное решение придает Устройству ряд новых качеств.

1. Быстрая, практически автоматическая, реакция на изменения, происходящие с патологически измененными участками тканей, вызванные его смещением или изменением оптических свойств. Благодаря наличию в устройстве модулей запоминающее устройство - устройство сравнения время задержки реакции на изменения параметров подверженного фотовоздействию обрабатываемого участка является аппаратурной функцией и определяется техническими характеристиками используемых электронно-оптических компонентов.

2. Последнее обеспечивает надежность попадания лазерного излучения в каждый момент времени на пораженные участки и позволяет избежать передозировки фотовоздействия.

3. Снижается травматизм здоровых тканей, прилегающих к патологически измененным участкам в процессе фотовоздействия.

4. Устройство практически не имеет ограничений применения в фототерапии, оно позволяет проводить диагностику по видимым признакам: по спектральным характеристикам тканей и по люминесцентной картине патологического очага и проводить диагностику и фототерапию различных по размерам и сложности форм патологически измененных участков тканей.

Указанная задача известными конструкциями не решалась. Сопоставительный анализ с прототипами позволяет сделать вывод, что заявляемое устройство для спектральной диагностики и фототерапии, состоящее из диагностического лазера с волоконной оптической системой, высокочувствительной видеокамеры с оптической системой, электронной системы усиления контраста видеоизображения, видеоконтрольного устройства, устройства формирования маски-диафрагмы, маски-диафрагмы, системы совмещения маски диафрагмы, терапевтического лазера, отличается тем, что в устройство введены запоминающее устройство, устройство сравнения и система совмещения маски-диафрагмы, оптико-механически связанная с оптической системой видеокамеры, при этом волоконная оптическая система диагностического лазера жестко связана с оптической системой видеокамеры.

Заявитель в просмотренных источниках информации не обнаружил технических решений аналогичных заявленному, поэтому предлагаемое Устройство соответствует критерию "новизна". Так как предлагаемое устройство отличается от известных наличием новых существенных признаков, то оно соответствует критерию "изобретательский уровень".

Создан действующий образец Устройства, подтверждающий работоспособность и эффективность предлагаемого устройства. Таким образом, данное Устройство позволяет решить задачу точного оконтуривания патологически измененных участков тканей, накрытия его терапевтическим излучением, контроля и оперативной (автоматической) коррекции фотовоздействия.

Источники информации 1. G. Wagners, Ch.Depeursinge, Ph.Monner, M.Savary, P.Cornaz, A.Chatelain, H. van den Bergh. Photodetection of early cancer by laser induced fluorescence of a tumor-selective dye apparatus design and realizaition. SPIE. Vol. 1203. Photodynemic therapy: mechanisms. //1990 стр. 47-49; 2. Новые достижения лазерной медицины. Материалы международной конференции. Под. ред. Скобелкина O.K. Москва-С.Петербург, 1993 г. стр.224; 228; 360; 362.

3. Tetsuya Okunaka, Harubumi Kato, Chimori Konaka, Harumasa Sakai, Hirofumi Kawabe. Katsuo Aizawa. A Comparison between Argon-dye and Eximer- dye Laser for Photodynamic Effect in Transplanted Mouse Tumor. Jpn.J. Cancer Res. 83, 226-231, February 1992. стр. 227; 4. A.G.Polutov, A.V.Karmenyan, A.V.Ivanov, M.A.Kazaryan. Diagnostic and therapeutic complex for selective phototreatment on region of pathology. 8-Th Laser Optics Conference. St.Peterburg, Russia. Technical Digest vol. 1 стр.280-281; 5. А. В. Карменян др. Диагностико-терапевтический комплекс для лечения злокачественных новообразований. VI Международная научно-техническая конференция "Лазеры в науке, технике, медицине '95" Тез.докл.Москва. 1995 г. стр. 100-105;

Формула изобретения

Устройство для спектральной диагностики и фототерапии, состоящее из диагностического лазера с волоконной оптической системой, высокочувствительной видеокамеры с оптической системой, электронной системы усиления контраста видеоизображения, видеоконтрольного устройства, устройства формирования маски-диафрагмы, системы совмещения маски-диафрагмы с выделенным участком исследуемой ткани, терапевтического лазера и отличающееся тем, что в устройство введены запоминающее устройство и устройство сравнения, система совмещения маски-диафрагмы с выделенным участком исследуемой ткани оптико-механически связана с оптической системой видеокамеры, которая в свою очередь жестко связана с оптической системой диагностического лазера, при этом запоминающее устройство выполнено с возможностью фиксации результатов обработки видеоизображения с определенным количеством уровней серого цвета, определяемом в зависимости от условий усиления контраста по линейной зависимости в пределах от 64 до 0, что соответствует исходному и максимальному уровням контраста.

РИСУНКИ

Рисунок 1