Способ и устройство для диагностики онкологических заболеваний

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано для диагностики онкологических заболеваний, а также для оценки эффективности проводимого лечения. Способ включает исследование слабого водного раствора нативной плазмы или нативной сыворотки крови пациента методом лазерной корреляционной спектроскопии. Для этого готовят три раствора нативной плазмы или сыворотки крови. В первый из упомянутых растворов добавляют щелочь, во второй - кислоту, а третий раствор подвергают СВЧ-воздействию. Для каждого раствора определяют вероятностную плотность распределения амплитуды флуктуации интенсивности светорассеяния в полосе частот 1-180 Гц. Выявляют ядро распределения и определяют положение максимума, значение максимума, ширину и интегральную интенсивность, диагностический показатель. При выходе значения диагностического показателя за пределы соответствующего интервала допустимых значений, принимаемого за норму, диагностируют онкологическое заболевание либо высокую вероятность возникновения онкологического заболевания. Устройство содержит СВЧ-реактор. Технический результат - увеличение информативности, определяемой характеристической функцией динамического светорассеяния тестируемыми растворами за счет разрушения образовавшихся крупных кластеров, что позволяет повысить достоверность диагностики, повышение точности измерений и улучшение качества и надежности диагностики. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано для диагностики онкологических заболеваний, особенно на ранней стадии, а также для оценки эффективности проводимого лечения.

Известно, что развитие патологических процессов в организме человека сопровождается изменениями ряда молекулярных параметров в клетках и тканях, а также в важнейшей из биологических жидкостей - в крови, содержащей не только низко- и высокомолекулярные структуры альбуминов, глобулинов, липопротеидов (и т.д.), но и их агрегаты и комплексы. Кроме того, в крови непрерывно протекают иммунологические реакции, связанные с процессами агрегации и дезагрегации иммунных комплексов.

В настоящее время для ранней диагностики онкологических заболеваний используется достаточно сложная и дорогостоящая лабораторная аппаратура типа ЯМР- и ЭПР-томографов, которая не может быть использована для массового профилактического обследования населения - скрининга.

Использование иммунологических специфических маркеров опухолей человека (иммуноферментного анализа сыворотки крови) для ранней диагностики онкологических заболеваний из-за крайне низкой диагностической эффективности на ранних стадиях заболевания, когда еще не в полной мере ясна нозология локализации опухолевого процесса (на 1-2 стадиях - 5÷10%), достаточно большого времени выполнения и высокой стоимости тестов, также не отвечает задачам профилактического скрининга населения.

Известен способ диагностики онкологических заболеваний, включающий исследование слабого водного раствора нативной плазмы или нативной сыворотки крови пациента методом лазерной корреляционной спектроскопии (ЛКС) (RU 2132635, А 61 В 5/00, опубл. 07.10.1999). Известный способ основан на экспериментальной оценке характеристических параметров: частоты максимума (mF), интенсивности (I) и ширины (dF) выделяемого ядра характеристической спектральной функции динамического рассеяния света, где динамика флуктуаций рассеянного света в слабых растворах тестируемой нативной плазмы или нативной сыворотки крови обусловлена молекулярным движением макромолекул протеинов, их агрегатов и комплексов под воздействием тепловой энергии кТ (где к - постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура), представляющим собой трансляционную и вращательную диффузии, характер которых зависит, в том числе, от эффективных размеров (молекулярной массы) и форм - фактора светорассеивающих макромолекул, а также от их межмолекулярного электростатического взаимодействия, обусловленного величиной и характером пространственного распределения зарядовых центров.

Количественный и субфракционный состав плазмы и сыворотки крови, а также характер межмолекулярного взаимодействия, определяющие молекулярную динамику в тестируемом растворе, находятся в сильной корреляционной зависимости от системы гомеостаза, функциональное состояние которой непосредственно связано с физиологическим состоянием основных биосистем жизнеобеспечения. Поэтому любые изменения физиологического состояния организма, тем более патологические процессы, сопровождаются изменениями указанных выше физических параметров плазмы и сыворотки крови, влекут за собой соответствующие изменения структуры молекулярной динамики в тестируемых растворах.

Поскольку структура молекулярной динамики адекватна структуре наблюдаемого рассеянного света, то по отклонениям значений характеристических параметров светорассеяния тестируемого раствора от значений аналогичных параметров для типа пациентов «практически здоровый», принимаемых за «норму», представляется возможным судить о наличии или отсутствии патологических процессов в обследуемом организме.

В известном изобретении диагностику осуществляют по частоте максимума огибающей спектрального ядра и отношению его интенсивности к его полуширине.

Однако в связи с тем, что в известном способе реализован параметрический компарационный алгоритм диагностирования всего лишь по двум параметрам, достоверность диагностики по известному методу не во всех случаях достаточно верна.

Отвечая задачам скрининга, данный известный метод имеет существенный недостаток, обусловленный тем, что диагностика основана на экспериментальной оценке абсолютных значений диагностических показателей mF, dF и I, что требует частой калибровки измерительной части диагностического комплекса, необходимой для обеспечения единства измерений.

Известно устройство диагностики онкологических заболеваний человека с помощью СВЧ-излучения, содержащее СВЧ-реактор, предназначенный для воздействия на ткань человека (Патент Российской Федерации №2085112, А 61 В 5/04, опубл. 27.07.97).

В этом устройстве диагностика основана на сравнении поляризационных характеристик СВЧ-излучений, прошедших через здоровую и патологические ткани.

Известно также устройство диагностики онкологических заболеваний с помощью СВЧ-излучения, содержащее два тракта одновременного СВЧ-воздействия на образцы пораженной и непораженной опухолью ткани, одновременно взятые у одного и того же пациента, где диагностика осуществляется на основе анализа разностного СВЧ-спектра поглощения (Патент США №3956695, G 01 R 27/04, опубл. 11.05.76).

Существенным общим недостатком этих двух изобретений, использующих СВЧ-излучение, является необходимость предварительного определения факта наличия и локализации опухоли, а также достаточно болезненная для пациента процедура получения исследуемого биоматериала, что полностью исключает возможность их применения для решения задачи массового профилактического скрининга населения.

Наиболее близким способом относительно предлагаемого является способ диагностики онкологических заболеваний, включающий последовательное исследование двух слабых водных растворов пациента методом лазерной корреляционной спектроскопии (ЛКС) с соответствующим добавлением в приготовленные растворы третьих компонент - щелочи и кислоты, где для каждого упомянутого раствора определяют вероятностную плотность распределения амплитуды флуктуаций интенсивности светорассеяния в полосе частот 1-180 Гц, выявляют ядро распределения и определяют его характеристические параметры: положение максимума, интенсивность, ширину и диагностический показатель, равный корреляционному произведению упомянутых характеристических параметров, и при выходе значения диагностического показателя за пределы соответствующего интервала допустимых значений, принимаемого за норму, диагностируют онкологическое заболевание либо высокую вероятность возникновения онкологического заболевания (WO 2004/029623, А1, опубл. 08.04.2004).

Данный способ позволяет улучшить эффективность диагностики, однако его существенным ограничением является образование в тестируемых растворах крупных дипольных кластеров заряженных макромолекул белков, экранирующих более мелкие объекты светорассеяния, что приводит к искаженному представлению фракционного состава исследуемой нативной плазмы или нативной сыворотки крови, что, в свою очередь, приводит к снижению эффективности диагностики (Петрова Г.П., Петрусевич Ю.М., Алексеев С.Г., Иванов А.В. Метод рэлеевского рассеяния в диагностике онкологических заболеваний. Медицинская физика (сборник научных трудов), Физ. фак. МГУ им. М.В.Ломоносова, 2002, стр.162).

Известно также устройство для диагностики онкологических заболеваний, представляющее собой лазерный двухканальный взаимокорреляционный фотометр рассеянного света гомодинного типа, содержащее лазерный источник света, предназначенный для освещения кюветы с исследуемыми растворами, корреляционный детектор, выполненный из двух приемников рассеянного света, симметрично установленных под углом 90 градусов относительно луча лазерного источника света, и коррелятора, приемники рассеянного света установлены с возможностью одновременного приема света, рассеянного исследуемыми растворами, и преобразования рассеянного света в электрические сигналы, первый вход коррелятора подсоединен к выходу первого приемника, а его второй вход - к выходу второго приемника, при этом в корреляционном детекторе один из входов коррелятора подсоединен к выходу одного из приемников через блок задержки, время задержки которого выбрано большим времени корреляции собственных аппаратных шумов корреляционного детектора, анализатор, предназначенный для анализа корреляционного сигнала рассеянного света, вход анализатора подсоединен к выходу коррелятора, причем анализатор выполнен обеспечивающим статический анализ амплитуд корреляционного сигнала с возможностью определения положения максимума (mF), интенсивности (I), ширины dF ядра плотности распределения амплитуд корреляционного сигнала динамического светорассеяния для размещенного в кювете водного раствора нативной плазмы или нативной сыворотки крови с добавлением щелочи или кислоты и обеспечивающим вычисление диагностического показателя, равного корреляционному произведению упомянутых характеристических параметров, и при выходе значения диагностического показателя за пределы соответствующего интервала допустимых значений, принимаемого за норму, диагностируют онкологическое заболевание либо высокую вероятность его возникновения (WO 2004/029623, А1, опубл. 08.04.2004).

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание способа и устройства диагностики онкологических заболеваний для цели профилактического скрининга населения (формирования групп повышенного онкориска с последующим мониторингом) и повышение эффективности диагностики.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении заявленного способа, - увеличение информативности определяемой характеристической функции динамического светорассеяния тестируемыми растворами за счет разрушения образовавшихся крупных кластеров, что, в свою очередь, позволяет повысить достоверность диагностики.

Технический результат, который может быть получен при создании устройства в соответствии с настоящим изобретением, - повышение точности измерений и улучшение качества и надежности диагностики.

Для решения поставленной задачи в известном способе диагностики онкологических заболеваний, включающем последовательное исследование двух слабых водных растворов нативной плазмы или нативной сыворотки крови пациента методом лазерной корреляционной спектроскопии (ЛКС), при этом в один из упомянутых растворов добавляют щелочь, а в другой - кислоту, для каждого упомянутого раствора определяют вероятностную плотность распределения амплитуды флуктуации интенсивности светорассеяния в полосе частот 1-180 Гц, выявляют ядро распределения и определяют его характеристические параметры: положение максимума, интегральное значение интенсивности, ширину и комплексный диагностический показатель, равный корреляционному произведению упомянутых характеристических параметров, и при выходе значения комплексного диагностического показателя за пределы соответствующего интервала допустимых значений, принимаемого за норму, диагностируют онкологическое заболевание либо высокую вероятность его возникновения, согласно изобретению дополнительно приготавливают третий водный раствор нативной плазмы или нативной сыворотки крови, свободный от щелочи и кислоты, который подвергают СВЧ-воздействию, и определяют упомянутые характеристические параметры ядра распределения при СВЧ-воздействии, а также упомянутый комплексный диагностический показатель с учетом СВЧ-воздействия.

Возможны дополнительные варианты осуществления способа, в которых целесообразно, чтобы:

- при определении комплексных диагностических показателей дополнительно находили характеристический параметр - значение максимума плотности распределения амплитуды флуктуации интенсивности светорассеяния и его вводят в комплексный диагностический показатель как множитель корреляционного произведения упомянутых характеристических параметров;

- определяли дополнительный диагностический показатель, в качестве которого используют отношение диагностических показателей, полученных при исследовании упомянутых растворов, в том числе дополнительно определяют диагностические показатели относительного типа: СВЧ/щелочь, СВЧ/кислота.

В предлагаемом методе принципиально важный недостаток аналогов устраняется за счет введения дополнительной технологической операции, представляющей собой СВЧ-воздействие на тестируемый раствор, приводящий к частичному разрушению в нем крупных дипольных кластеров заряженных макромолекул белков, экранирующих более мелкие объекты светорассеяния, что приводит к значительному увеличению информативности определяемой характеристической функции динамического светорассеяния и, в свою очередь, позволяет повысить достоверность диагностики.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном устройстве для диагностики онкологических заболеваний, содержащем лазерный источник света, предназначенный для освещения кюветы, корреляционный детектор, выполненный из двух приемников рассеянного света и коррелятора, приемники рассеянного света установлены с возможностью одновременного приема луча рассеянного, пропускаемого через кювету света от лазерного источника и преобразования лучей света в электрические сигналы, первый вход коррелятора подсоединен к выходу первого приемника, а его второй вход - к выходу второго приемника, при этом в корреляционном детекторе один из входов коррелятора подсоединен к выходу одного из приемников через блок задержки, время задержки которого выбрано большим времени корреляции собственных аппаратных шумов корреляционного детектора, анализатор, предназначенный для анализа корреляционного сигнала, вход анализатора подсоединен к выходу коррелятора, причем анализатор выполнен обеспечивающим статический анализ амплитуд корреляционного сигнала с возможностью определения положения максимума (mF), интенсивности (I), ширины dF ядра плотности распределения амплитуд интенсивности светорассеяния корреляционного сигнала для размещенного в кювете водного раствора нативной плазмы или нативной сыворотки крови с щелочью или с кислотой и обеспечивающим вычисление диагностического показателя krG=(mF)×(dF)×(I), согласно изобретению введен СВЧ-реактор, выполненный обеспечивающим СВЧ-воздействие на кювету с водным раствором нативной плазмы или нативной сыворотки крови, свободным от щелочи или кислоты.

Возможны дополнительные варианты выполнения устройства, в которых целесообразно, чтобы:

- был введен дозатор, предназначенный для приготовления исходных водных растворов нативной плазмы или нативной сыворотки крови, а также добавления щелочи или кислоты в кювету с упомянутыми растворами;

- анализатор был выполнен из блока определения амплитудной плотности распределения и интенсивности светорассеяния, из блока определения максимума и положения максимума распределения, из блока определения ширины распределения, из блока определения диагностического критерия, из блока диагностики, причем вход блока определения амплитудной плотности распределения и интенсивности светорассеяния является входом анализатора, первый выход блока определения амплитудной плотности распределения и интенсивности светорассеяния соединен с входом блока определения максимума и положения максимума распределения и с первым входом блока определения ширины распределения, первый выход блока определения максимума и положения максимума распределения соединен с первым входом блока определения диагностического критерия, второй выход блока определения максимума и положения максимума распределения соединен со вторым входом блока определения ширины распределения, выход блока определения ширины распределения соединен со вторым входом блока определения диагностического критерия, второй выход блока определения амплитудной плотности распределения и интенсивности светорассеяния соединен с третьим входом блока определения диагностического критерия, выход которого подсоединен к входу блока диагностики.

В дополнение к последнему варианту выполнения устройства блок определения максимума и положения максимума может быть снабжен третьим выходом и соединен с четвертым входом блока определения диагностического критерия для ввода значения (МАХ) максимума плотности распределения амплитуды флуктуации интенсивности светорассеяния в качестве множителя при вычислении диагностического показателя krG=(mF)×(dF)×(I)×(МАХ) в блоке определения диагностического критерия.

С целью устранения недостатка, обусловленного наличием в тестируемых растворах крупных дипольных кластеров заряженных макромолекул белков, экранирующих более мелкие объекты светорассеяния, в известное устройство дополнительно введен СВЧ-реактор, обеспечивающий СВЧ-воздействие на тестируемый раствор, свободный от щелочи и кислоты. Воздействие переменного высокочастотного электромагнитного поля с одновременным увеличением тепловой энергии кТ приводит к частичному разрушению образовавшихся в нем крупных кластеров, что позволяет существенно улучшить информативность определяемой характеристической функции динамического светорассеяния и, в свою очередь, позволяет повысить точность измерений и улучшить качество и надежность диагностики.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются лучшим вариантом его выполнения со ссылками на прилагаемые фигуры.

Перечень фигур и чертежей

На фиг.1 представлено схематическое изображение взаимодействия ионов с различными ионными радиусами с заряженными группами на поверхности белковой молекулы. Внизу изображена вероятная форма дипольного кластера.

На фиг.2 представлены усредненные вероятностные плотности распределения амплитуд динамического светорассеяния растворами нативной сыворотки крови в присутствии компонент - щелочи, кислоты, а также после СВЧ-воздействия для двух групп пациентов, обследованных в режиме скрининга: I группа (41 человек) - добровольцы (без злокачественных и доброкачественных опухолей); II группа (152 человека) - онкологические больные (тонкая линия - добровольцы, толстая линия - онкобольные).

На фиг.3 представлена топологическая диагностическая карта результата обследования для I группы пациентов (41 человек - добровольцы без злокачественных и доброкачественных опухолей), где по оси Х отложены значения диагностического показателя вида KrG1=mF1×dF1×I1×МАХ1 (по щелочи), а по оси Y - среднее значение диагностических показателей KrG2 (по кислоте) и KrG3 (по СВЧ) в децибелах (dB).

На фиг.4 представлена топологическая диагностическая карта результата обследования для II группы пациентов (152 человека - онкобольные), где по оси Х отложены значения диагностического показателя вида KrG1=mF1×dF1×I1×МАХ1 (по щелочи), а по оси Y - произведение значений диагностических показателей того же вида KrG2 (по кислоте) и KrG3 (по СВЧ) в децибелах (dB).

Фиг.5 изображает функциональную схему устройства с блок-схемой статистического анализатора.

Фиг.6 - блок определения амплитудной плотности распределения и интенсивности светорассеяния на фиг.5.

Фиг.7 - блок определения максимума и положения максимума на фиг.5.

Фиг.8 - блок определения ширины распределения на фиг.5.

Фиг.9 - блок определения диагностического критерия на фиг.5.

Фиг.10 - блок диагностики на фиг.5.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Предлагаемый способ диагностики онкологических заболеваний представляет собой следующую последовательность операций:

A) приготовление трех слабых водных растворов исследуемой нативной плазмы или нативной сыворотки крови обследуемого пациента путем добавления 250 мкл нативной плазмы или нативной сыворотки крови к 5 мл дистиллированной воды;

Б) добавление к первому из растворов 125 мкл 0,02М (0,02 моля на литр) водного раствора щелочи (NaOH) с последующей экспериментальной оценкой параметров динамического рассеяния света (mF, dF, I и МАХ) для данного раствора;

B) добавление ко второму раствору 125 мкл 0,27М (0,027 моля на литр) водного раствора кислоты (СН3СООН) с последующей экспериментальной оценкой параметров динамического рассеяния света (mF, dF, I и МАХ) для данного раствора;

Г) третий раствор, подготовленный по А), подвергают СВЧ-воздействию в течение 10-12 секунд на частоте 2100-2300 МГц при мощности 1-3 ватт/см³ с последующей экспериментальной оценкой параметров динамического рассеяния света (mF, dF, I и МАХ) для данного раствора;

Д) определение значений комплексных диагностических показателей вида KrGj=mFj×dFj×Ij×MAXj для всех растворов В)-Г);

Е) сравнение полученных диагностических показателей KrGj с соответствующими граничными значениями допустимого интервала «HOPMAj», где интервал значений «HOPMAj» определяется предварительно по экспериментальной статистически представительной базе данных, обследованных данным методом пациентов, содержащей диагностические показатели как клинически верифицированных онкологических больных, так и неонкологических больных, а также практически здоровых;

Ж) определение наличия или высокой вероятности возникновения онкологического заболевания осуществляется по факту выхода полученных значений KrGj за пределы допустимого интервала значений «НОРМЫj», характерной для практически здоровых и больных неонкологическими заболеваниями людей.

Применение СВЧ-воздействия, приводящего к разрушению дипольных кластеров (фиг.1), позволяет производить оценку параметров динамического рассеяния света в условиях отсутствия крупных дипольных кластеров заряженных макромолекул белков, оптически экранирующих более мелкие объекты светорассеяния, среди которых, например, могут находиться фрагменты иммуноглобулинов, которые, как известно, являются маркерами онкологических заболеваний, что приводит к улучшению отражения фракционного состава исследуемого раствора. Допустимый диапазон значений параметров СВЧ-воздействия определялся в процессе экспериментальных исследований как на модельных, так и натурных растворах нативной сыворотки крови и выбирался так, чтобы при условии получения положительного эффекта исключалась денатурация глобулярных белков. Приведенные в Г) значения совокупности параметров СВЧ-воздействия с этой точки зрения являются наилучшими, однако специалистам понятно, что эти параметры, например частота и мощность СВЧ-излучения, могут быть должным образом изменены.

Кроме того, совместное использование третьих компонент при исследовании растворов методом лазерной корреляционной спектроскопии (ЛКС) - щелочи, кислоты и СВЧ-воздействия позволяет получать дополнительные диагностические показатели, в том числе относительного типа (СВЧ/щелочь, СВЧ/кислота), что приводит к автонормированию аппаратных шумов и устраняет необходимость частой калибровки измерительной части устройства, а также повышению достоверности диагностики.

Клинические испытания метода в соответствии с настоящим изобретением были проведены в Московской городской онкологической больнице №62, где в режиме скрининга двойным слепым методом было обследовано 293 человека:

- группа I в составе 41 человека - добровольцы (без наличия онкозаболеваний);

- группа II в составе 252 человека - клинически верифицированные онкологические больные в основном на 1-2 и 3 стадиях заболевания (рак молочной железы; рак щитовидной железы, рак легких, рак желудка, рак яичников, рак тела матки и другие виды онкологических заболеваний).

Испытания проводились на основе сыворотки крови in vitro с применением третьих компонент - щелочи и кислоты, а также СВЧ-воздействия. В качестве СВЧ-реактора применялась СВЧ-печь с таймером, где тестируемый раствор облучался течение 10 секунд на частоте 2100-2300 МГц при мощности 1-3 ватт/см³.

Диагностика осуществлялась на основе трех комплексных диагностических показателей вида KrGj=mFj×dFj×Ij×MAXj (j=1, 2, 3 - для щелочи, кислоты и СВЧ соответственно), а также трех показателей относительного вида (кислота/щелочь, СВЧ/щелочь, СВЧ/кислота), полученных в процессе тестирования пациентов.

Решение о наличии у тестируемого пациента онкологического заболевания (собственно диагностика) производилось по наблюдаемому факту выхода значения хотя бы одного из шести используемых диагностических показателей за границы соответствующего интервала допустимых значений, принятых за норму. Значения диагностических показателей нормировались на значения нижнего предела для соответствующей НОРМЫ и представлялись в децибелах, где, например, 0 dB соответствует диагностической ситуации, когда значение диагностического показателя совпадает со значением нижней границы НОРМЫ, -20dB - в 10 раз меньше НОРМЫ, +20dB - в 10 раз больше значения нижней границы НОРМЫ.

На фиг.2 совместно представлены натурные усредненные вероятностные плотности распределения амплитуд динамического светорассеяния тестируемыми растворами нативной сыворотки крови в присутствии третьих компонент - щелочи, кислоты, а также после СВЧ-воздействия для двух групп пациентов, обследованных в режиме скрининга: I группа (41 человек) - добровольцы (без злокачественных и доброкачественных опухолей); II группа (252 человека) - онкологические больные, где тонкая линия - по добровольцам, толстая линия - по онкобольным, в пределах рабочего динамического диапазона с учетом компенсации фоновых помех. При парном рассмотрении наблюдается их отличие: по положению максимума, по значению максимума, по ширине и по интегральной интенсивности (особенно по кислоте), что является иллюстрацией основы и реализуемости предлагаемого метода диагностики. Поскольку визуализация шестипараметрической диагностики весьма затруднена, поэтому представляется целесообразным графическое представление результатов диагностики осуществлять в виде топологических карт, где, например, по оси Х откладывается один из выбранных комплексных диагностических показателей, а по оси Y - корреляционное произведение двух других диагностических показателей. Аналогичным образом можно построить топологическую диагностическую карту и по диагностическим показателям относительного типа. В качестве примера на фиг.3 представлена топологическая диагностическая карта результата обследования для I группы пациентов (41 человек - добровольцы без злокачественных и доброкачественных опухолей), где по оси Х отложены значения диагностического показателя вида KrG1=mF1×dF1×I1×МАХ1 (по щелочи), а по оси Y - произведение значений диагностических показателей KrG2 (по кислоте) и KrG3 (по СВЧ) в децибелах (dB). Из рассмотрения диагностической карты следует, что из 41 обследованного добровольца только у одного из них наблюдался факт выхода за пределы НОРМЫ. На фиг.4 в тех же осях Х и Y представлена топологическая диагностическая карта результата обследования для II группы пациентов (252 человека - онкобольные). Из рассмотрения диагностической карты следует, что из 252 обследованных онкобольных только у 25 из них не наблюдался факт выхода за пределы НОРМЫ. При этом в сектор НОРМЫ, ограниченный осями X,Y и дугой, попали 2 добровольца и 9 онкобольных. В том случае, если этот сектор исключить из НОРМЫ, то в объеме проведенных испытаний эффективность диагностики по чувствительности и специфичности составила 93,6% и 92,7% соответственно, что отвечает задачам скрининга. В процессе испытаний были случаи обследования онкологических больных с начальными стадиями заболеваний до операции и через 10-15 дней после операции. При этом наблюдалась положительная динамика в изменении диагностических показателей (их приближение к нижней границе НОРМЫ), что соответствовало клинически наблюдаемым ремиссионным признакам.

Устройство, обеспечивающее реализацию предлагаемого способа диагностики онкологических заболеваний (фиг.5), содержит лазерный источник света 1, предназначенный для освещения кюветы 2 с исследуемыми растворами, и корреляционный детектор 3. Корреляционный детектор 3 выполнен из двух приемников рассеянного света 4 и 5, симметрично установленных под углом 90 градусов относительно луча лазерного источника света 1, из коррелятора 6, первый вход которого подсоединен к выходу первого приемника 4, а второй вход через блок временной задержки 7, превышающей время корреляции собственных аппаратных шумов корреляционного детектора 3, подсоединен к выходу второго приемника 5, а также анализатор 8, предназначенный для статистического анализа корреляционного сигнала рассеянного света. На фиг.5 также показан дозатор 9 для щелочи и кислоты, с помощью которого приготавливают исходные водные растворы нативной плазмы или нативной сыворотки крови, а также добавляют щелочь или кислоту в кювету 2.

Анализатор 8 так же, как в ближайшем аналоге (WO 2004/029623, А1, опубл. 08.04.2004), может быть выполнен по различным функциональным схемам. В частности, анализатор 8 может быть выполнен из блока 10 определения амплитудной плотности распределения и интенсивности светорассеяния, из блока 20 определения максимума и положения максимума распределения, из блока 30 определения ширины распределения, из блока 40 определения диагностического критерия, из блока 50 диагностики (фиг.5). Вход блока 10 является входом анализатора 7. Первый выход блока 10 соединен с входом блока 20 и с первым входом блока 30. Первый выход блока 20 соединен с первым входом блока 40. Второй выход блока 20 соединен со вторым входом блока 30. Выход блока 30 соединен со вторым входом блока 40. Второй выход блока 40 соединен с третьим входом блока 40. Выход блока 40 подсоединен к входу блока 50. Блоки 10, 20, 30, 40, 50 также могут быть выполнены по различным функциональным схемам.

Особенностью заявленного устройства является введение СВЧ-реактора 51, выполненного обеспечивающим СВЧ-воздействие на кювету 2 с водным раствором нативной плазмы или нативной сыворотки крови, свободным от щелочи или кислоты. СВЧ-реактор 51 может быть снабжен таймером 52 для фиксирования времени воздействия СВЧ-излучения на раствор.

В зависимости от используемой технической базы и конкретных функциональных схем, применяемых для реализации анализатора 8, возможны различные его структурные схемы и представленная функциональная схема анализатора 8 не исчерпывает всех возможностей его воплощения. Специалистам понятно, что приведенные функциональные схемы являются лишь возможным и не единственным вариантом изготовления анализатора 8. Допустимы и другие варианты функциональных схем анализатора 8, определяемые различными техническими средствами для его осуществления. Представленные функциональные схемы (фиг.6-10) известны из технического решения (WO 2004/029623, А1, опубл. 08.04.2004). Работа производится совершенно идентично (WO 2004/029623, А1, опубл. 08.04.2004) с учетом того, что сначала измерения проводят для раствора со щелочью, затем для раствора с кислотой, а потом - для раствора, подвергнутого СВЧ-воздействию. Как видно из сравнения блок-схем (фиг.6-10) заявленного технического решения и известного (WO 2004/029623, А1, опубл. 08.04.2004), эти схемы практически одинаковы и их реализация раскрыта на дату подачи заявленного технического решения. Ознакомиться с их работой можно из указанного источника информации, поэтому в данной заявке нецелесообразно повторно подробно описывать их функционирование.

Отличительной особенность заявленного решения, кроме введения СВЧ-реактора 51, является также то, что блок 20 определения максимума и положения максимума снабжен третьим выходом и соединен с четвертым входом блока 40 определения диагностического критерия для ввода значения (МАХ) максимума плотности распределения амплитуды флуктуации интенсивности светорассеяния в качестве множителя при вычислении диагностического показателя krG=(mF)×(dF)×(I)×(МАХ) в блоке 40 определения диагностического критерия. Дополнительное введение значения (МАХ) максимума плотности распределения амплитуды флуктуаций интенсивности светорассеяния в качестве множителя при вычислении диагностического показателя krG позволяет улучшить достоверность диагностики за счет введения дополнительного характеристического параметра, обусловливающего вероятность возникновения онкологического заболевания. При этом функциональные схемы блоков 20 и 40 практически не меняются, а используется дополнительная связь с соответствующего регистра, в котором хранится информация о величине максимума плотности распределения (см. фиг.5, 7 и фиг.9 заявленного технического решения и соответствующие фигуры для этих блоков известного технического решения по WO 2004/029623).

Работа устройства (фиг.5) полностью соответствует описанному ранее заявленному способу.

При тестировании каждого пациента с использованием дозатора 9 проводится приготовление трех исходных слабых водных растворов исследуемой нативной плазмы или нативной сыворотки крови обследуемого пациента путем добавления 250 мкл нативной плазмы или нативной сыворотки крови к 5 мл дистиллированной воды.

Затем к первому из растворов добавляют водный раствор щелочи (NaOH). Приготовленный таким образом раствор помещают в измерительную кювету 2. Рассеянный свет, образующийся в процессе прохождения лазерного луча от лазерного источника света 1, одновременно принимают приемниками 4 и 5, где осуществляется его преобразование в аналоговые электрические сигналы. Один сигнал подают на первый вход коррелятора 6, а другой сигнал, задержанный в блоке 7 на величину времени t, большую чем время корреляции собственных шумов приемников 4 и 5, подают на второй вход коррелятора 6. Корреляционный сигнал подают на вход статистического анализатора 8. При помощи анализатора 8 получают экспериментальную оценку значений характеристических параметров динамического рассеяния света (mF1, dF1, I1 и МАХ) данным раствором и на их основе значение соответствующего комплексного диагностического показателя KrG1=Ф(mF1, dF1, I1, MAX1), например, в виде корреляционного произведения KrG1=(mF1)×(dF1)×(I1)×(МАХ1).

После этого ко второму исходному раствору исследуемой нативной плазмы или нативной сыворотки крови добавляют водный раствор кислоты (СН3СООН). Последующая экспериментальная оценка характеристических параметров динамического светорассеяния этого раствора (mF2, dF2, I2, МАХ2 и KrG2 на их основе) проводится аналогично первому раствору.

После этого третий исходный раствор исследуемой нативной плазмы или нативной сыворотки крови подвергают дозированному СВЧ-воздействию в СВЧ-реакторе 51 с таймером 52 в течение 10-12 секунд. СВЧ-реактор 51 может быть выполнен в виде микроволновой СВЧ-печи или в виде специализированного устройства, снабженного СВЧ-генератором и таймером 52. Последующая экспериментальная оценка характеристических параметров динамического светорассеяния данным раствором (mF3, dF3, I3, MAX3 и KrG3 на их основе) проводится аналогично первому и второму растворам.

После завершения процедуры определения характеристических показателей по всем трем растворам проводят сравнение полученных диагностических показателей KrGj с соответствующими граничными значениями допустимого интервала «НОРМАj», где интервал значений «HOPMAj» определяется предварительно по экспериментальной статистически представительной базе данных обследованных данным методом пациентов, содержащей диагностические показатели как клинически верифицированных онкологических больных, так и неонкологических больных, а также практически здоровых. Определение наличия или высокой вероятности возникновения онкологического заболевания проводят по наличию факта выхода полученных значений KrGj за пределы допустимого интервала значений «НОРМАj», характерной для практически здоровых и больных неонкологическими заболеваниями людей.

Оптическая часть данного устройства реализуется по гомодинной схеме, исключающей использование гетеродина, что приводит к существенному ее упрощению. Применение в данном устройстве взаимно корреляционного детектирования сигнала рассеянного света, содержащего временную задержку, дает улучшение отношения сигнал/шум примерно в 1,4-2,0 раза, что естественно повышает статистическую надежность экспериментальной оценки характеристических параметров, используемых при диагностике амплитуд корреляционных сигналов.

Работа блока 10 (фиг.6) определения амплитудной плотности распределения и интенсивности светорассеяния и блока 30 (фиг.8) определения ширины распределения практически не изменилась.

Применительно к осуществлению заявленного способа по одному из дополнительных вариантов его осуществления с использованием значения (МАХ) максимума плотности распределения амплитуды флуктуации интенсивности светорассеяния блок 20 работает следующим образом (фиг.7).

Сигналом начальной установки НУ производится обнуление счетчика СЧ М 209, второго регистра Р 203 и установка кодового коммутатора КК 201 дискретных значений плотности распределения в объеме М в начальное положение. При наличии разрешающего сигнала КРБ1 на входе первого логического элемента И 210 первым тактовым импульсом ТИ осуществляется увеличение содержимого счетчика СЧ М 209 на +1 и коммутацию КК 201 выхода первого СЧ 105 из группы счетчиков плотности распределения блока 10 (фиг.6) на вход первого Р 202. Затем коды с первого и второго регистров Р 202 и Р 203 поступают на соответствующие цифровые входы первого ЦАП 205 и второго ЦАП 206, а их аналоговые эквиваленты соответственно поступают на вход сравнения (б) и опорный вход (а) компаратора КОМП 208. В том случае, когда сигнал на входе (б) больше сигнала на входе (а) на выходе компаратора КОМП 208 появляется признак, поступающий на разрешающие входы логических элементов И 211 и И 212, обеспечивающий перезапись содержимого первого регистра Р 202 в регистр Р 203 и содержимого СЧ М в третий регистр Р 204. В противном случае содержимое Р 203 и Р 204 остается без изменения. При поступлении очередного тактового импульса ТИ работа блока 2 осуществляется аналогичным образом.

При этом содержимое регистров Р 203 и Р 204 представляет собой соответственно значения текущего максимума плотности распределения и порядкового номера максимальной дискреты, определяющего его положение. Значение максимума (МАХ) плотности распределения соответственно с регистра Р 203 через логический элемент И 213 подается на четвертый вход блока 40 (фиг.5). Как видно работа блока 20 (фиг.7) практически не изменилась по сравнению с техническим решением WO 2004/029623, производится лишь дополнительное выделение значения (МАХ) с регистра 203.

После коммутации последней составляющей плотности распределения на служебном управляющем выходе КК 201 вырабатывается признак конца цикла коммутации КЦ, поступающий на разрешающий второй вход логического элемента И 213, обеспечивающий запись содержимого Р 203 в регистр сдвига РСД 207 с последующим сдвигом вправо, где каждый единичный сдвиг вправо эквивалентен делению содержимого РСД 207 на 2. При сдвигах на один, два, три двоичных разряда вправо содержимое РСД 207 соответственно составляет значения 0,5 max, 0,25 max, 0,125 max от максимальной величины значений плотности распределения, одно из которых используется в блоке 30 (фиг.8) для определения ширины плотности распределения dF на заданном уровне. Сигнал конца сдвигов в РСД 207 с его управляющего выхода является признаком КРБ2 окончания работы блока 20 и разрешающим работу блока 30.

Применительно к осуществлению предлагаемого способа блок 40 определения диагностического критерия диагностики (фиг.5, 9) работает аналогично известному следующим образом.

При наличии признаков КРБ1, КРБ2, КРБ3 конца работы блоков 10, 20, 30 значения характеристических параметров плотности распределения I, mF, dF и МАХ через соответствующие логические элементы И 401, И 402, И 403, И407 поступают на соответствующие входы умножителей УМ 404, УМ 405 и УМ 408.

На выходе УМ 405 формируется значение диагностического критерия krG. Снимаемые с выхода УМ 405 значения запоминаются в ЗУ 406 для поочередно выполняемых измерений растворов со щелочью krG1, кислотой krG2 и раствора, подвергнутого воздействию СВЧ krG3. Как видно работа этой функциональной схемы практически не изменилась, производится лишь дополнительное умножение множителя (МАХ) при вычислении диагностического показателя krG.

Применительно к осуществлению предлагаемого способа блок 50 диагностики (фиг.5, 10) работает аналогично известному следующим образом.

В постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) занесены значения констант для показателей максимального и минимального значений НОРМЫ - (max-min), образуя соответственно выходы max и min ПЗУ с ЦАП 508. При этом выход мах подсоединен к опорному второму входу компаратора КОМП 506, а выход min соединен с первым входом сравнения компаратора КОМП 507.

Полученное в блоке 40 значение диагностического критерия KrG поступает на вход сравнения (б) первого компаратора КОМП 506 и опорный вход второго компаратора КОМП 507. Одновременно с этим на опорный вход (а) первого компаратора КОМП 506 подается значение верхнего предела нормы (мах), а на вход сравнения (б) второго компаратора КОМП 507 значение нижнего предела нормы (min).

Признаки результатов компарирования поступают на логический элемент ИЛИ 509, выход которого подключен к соответствующему входу логического элемента сравнения с нулем СС 501. В том случае, когда одновременно значение диагностического критерия меньше max нормы и больше min нормы, на выходе схемы совпадения СС появляется признак сравнения с нулем, что является признаком отсутствия заболевания (Нет). В других случаях признак сравнения с нулем отсутствует, что в свою очередь является признаком наличия заболевания (Да).

Данная процедура диагностики выполняется по всем диагностическим показателям KrG как для щелочи, кислоты и СВЧ, так и других диагностических показателей относительного вида (кислота/щелочь, СВЧ/щелочь, СВЧ/кислота). При этом количество двоичных разрядов, отличных от нуля, соответствующее числу диагностических критериев, значения которых лежат за пределами нормы, дает возможность получить количественную оценку надежности диагностики наличия заболевания (Кол-во), что является положительной особенностью заявленного технического решения.

Устройство не требует постоянного нормирования текущих характеристических параметров относительно характеристических показателей режима НОРМА. В блок 50 диагностики, являющийся блоком определения комплексных диагностических показателей, дополнительно введены два делителя для обеспечения определения дополнительных диагностических показателей относительного типа: СВЧ/щелочь, СВЧ/кислота, что приводит к автонормированию аппаратных шумов, устраняющему необходимость частой калибровки измерительной части устройства, а также увеличивает количество диагностических показателей.

Способ и устройство для его реализации в соответствии с настоящим изобретением характеризуются высокой степенью автоматизации процесса диагностики, полностью исключающей влияние оператора на результаты тестирования, экспрессностью (время тестирования составляет 8-10 минут), не требует применения дорогостоящих оборудования и препаративного обеспечения, может обслуживаться одним оператором средней квалификации. Процесс тестирования полностью исключает контакт с обследуемым пациентом и является совершенно безопасным для его здоровья.

Метод позволяет осуществлять текущий контроль эффективности проводимого лечения, а также проводить диагностику по другим биологическим жидкостям, например по лимфе, и др.

Способ и устройство в соответствии с настоящим изобретением могут быть использованы в диагностических центрах, в клинических и научно-исследовательских лабораториях как самостоятельно, так и в составе проблемно-ориентированных диагностических комплексов в качестве первичного звена доклинической диагностики.

1. Способ диагностики онкологических заболеваний, включающий последовательное исследование двух слабых водных растворов нативной плазмы или нативной сыворотки крови пациента методом лазерной корреляционной спектроскопии (ЛКС), при этом в один из упомянутых растворов добавляют щелочь, а в другой - кислоту, для каждого упомянутого раствора определяют вероятностную плотность распределения амплитуды флуктуаций интенсивности светорассеяния в полосе частот 1-180 Гц, выявляют ядро плотности распределения и определяют его характеристические параметры: положение максимума, интегральное значение интенсивности, ширину и комплексный диагностический показатель, равный произведению упомянутых характеристических параметров, и при выходе значения комплексного диагностического показателя за пределы соответствующего интервала допустимых значений, принимаемого за норму, диагностируют онкологическое заболевание либо высокую вероятность его возникновения, отличающийся тем, что дополнительно приготавливают третий водный раствор нативной плазмы или нативной сыворотки крови, свободный от щелочи и кислоты, который подвергают СВЧ-воздействию, и определяют упомянутые характеристические параметры ядра плотности распределения при СВЧ-воздействии, а также упомянутый комплексный диагностический показатель с учетом СВЧ-воздействия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при определении комплексных диагностических показателей дополнительно находят характеристический параметр - значение максимума плотности распределения амплитуды флуктуации интенсивности светорассеяния и его вводят в комплексный диагностический показатель, как множитель произведения упомянутых характеристических параметров.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что определяют дополнительный диагностический показатель, в качестве которого используют отношение комплексных диагностических показателей, полученных при исследовании упомянутых растворов, в том числе, дополнительно определяют комплексные диагностические показатели относительного типа:СВЧ/щелочь, СВЧ/кислота.

4. Устройство для диагностики онкологических заболеваний, содержащее лазерный источник света, предназначенный для освещения кюветы, корреляционный детектор, выполненный из двух приемников рассеянного света и коррелятора, приемники рассеянного света установлены с возможностью одновременного приема луча рассеянного, пропускаемого через кювету света от лазерного источника и преобразования лучей света в электрические сигналы, первый вход коррелятора подсоединен к выходу первого приемника, а его второй вход - к выходу второго приемника, при этом в корреляционном детекторе один из входов коррелятора подсоединен к выходу одного из приемников через блок задержки, время задержки которого выбрано большим времени корреляции собственных аппаратных шумов корреляционного детектора, анализатор, предназначенный для анализа корреляционного сигнала, вход анализатора подсоединен к выходу коррелятора, причем анализатор выполнен обеспечивающим статический анализ амплитуд корреляционного сигнала с возможностью определения положения максимума (mF), интенсивности (I), ширины dF ядра плотности распределения амплитуды флуктуаций интенсивности светорассеяния корреляционного сигнала для размещенного в кювете водного раствора нативной плазмы или нативной сыворотки крови с щелочью или с кислотой, и обеспечивающим вычисление диагностического показателя krG=(mF)·(dF)·(I), отличающееся тем, что введен СВЧ-реактор, выполненный обеспечивающим СВЧ воздействие на кювету с водным раствором нативной плазмы или нативной сыворотки крови, свободньм от щелочи или кислоты.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что введен дозатор, предназначенный для приготовления исходных водных растворов нативной плазмы или нативной сыворотки крови, а также добавления щелочи или кислоты в кювету с упомянутыми растворами.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что анализатор выполнен из блока определения амплитудной плотности распределения и интенсивности светорассеяния, из блока определения максимума и положения максимума распределения, из блока определения ширины распределения, из блока определения комплексного диагностического показателя, из блока диагностики, причем вход блока определения амплитудной плотности распределения и интенсивности светорассеяния является входом анализатора, первый выход блока определения амплитудной плотности распределения и интенсивности светорассеяния соединен с входом блока определения максимума и положения максимума распределения и с первым входом блока определения ширины распределения, первый выход блока определения максимума и положения максимума распределения соединен с первым входом блока определения комплексного диагностического показателя, второй выход блока определения максимума и положения максимума распределения соединен со вторым входом блока определения ширины распределения, выход блока определения ширины распределения соединен со вторым входом блока определения комплексного диагностического показателя, второй выход блока определения амплитудной плотности распределения и интенсивности светорассеяния соединен с третьим входом блока определения комплексного диагностического показателя, выход которого подсоединен к входу блока диагностики.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что блок определения максимума и положения максимума снабжен третьим выходом и соединен с четвертым входом блока определения комплексного диагностического показателя для ввода значения (МАХ) максимума плотности распределения амплитуды флуктуации интенсивности светорассеяния в качестве множителя при вычислении комплексного диагностического показателя krG=(mF)·(dF)·(I)·(МАХ) в блоке определения комплексного диагностического показателя.