АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ АНАЛИЗАТОР ФЕРТИЛЬНОСТИ СПЕРМЫ

Полезная модель относится к медицинской измерительной технике, а именно к оптическим анализаторам основных показателей фертильности спермы.
Известен оптический анализатор фертильности спермы, содержащий расположенные последовательно вдоль оптической оси источник света, коллиматор, формирователь сходящегося конического пучка света с кольцевым поперечным сечением, камеру для исследуемого образца, диафрагму, пропускающую только свет, претерпевший рассеяние или отражение в измерительном объеме камеры, и линзу (US 4896966, Boisseau et al., 30.01.1990). Использование формирователя сходящегося конического пучка света с кольцевым поперечным сечением, воздействующего на находящийся в камере образец, а также диафрагмы, пропускающей только рассеянный или отраженный свет, предотвращает паразитную засветку матричного фотоэлектрического преобразователя светом, не претерпевшим рассеяние и отражение в измерительном объеме. Это предполагает получение достаточно высокого отношения сигнал/шум, однако этот результат достигается за счет существенного усложнения оптической системы устройства. Известен также анализатор фертильности спермы, содержащий расположенные последовательно вдоль оптической оси источник света, пространственный модулятор света (оптический элемент), обеспечивающий периодическую амплитудную модуляцию падающего на него пучка, камеру для исследуемого образца и фотоприемник, выход которого соединен с входом блока обработки сигнала, который выполнен в виде анализатора спектра мощности фототока (RU № 2282853 C2, З.А.Габбасов, G 01 N 33/487, опубл. 27.08.2006 г.). Сигнал с выхода фотоприемника обеспечивает возможность получения не только информации о распределении частиц по скоростям (на основе регистрации спектра мощности фототока), но и о количестве частиц в измерительном объеме посредством известного из уровня техники алгоритма обработки сигнала фотоприемника, однако паразитная засветка фотоприемника приводит к существенным погрешностям при определении количества частиц в измерительном объеме.
Известен оптический анализатор фертильности спермы (RU 83138 U1, Е.Г. Попов, опубл.20.05.2009 - ближайший аналог), содержащий источник света, оптический элемент в виде бипризмы Френеля, камеру для исследуемого образца и фотоприемник, выход которого соединен с входом блока обработки сигнала, две щелевые диафрагмы. Источник гауссового пучка квази- или монохроматического света, бипризма Френеля, первая щелевая диафрагма, камера, вторая щелевая диафрагма и фотоприемник расположены вдоль общей оси, а излучаемый источником гауссовый пучок квази- или монохроматического света направлен на грань бипризмы Френеля, которая перпендикулярна общей оси и расположена напротив пересекающего под прямым углом общую ось ребра тупого угла бипризмы Френеля. Обе щелевые диафрагмы расположены в параллельных плоскостях, камера для исследуемого образца расположена параллельно первой щелевой диафрагме и на расстоянии от нее, обеспечивающем формирование в измерительном объеме интерференционного поля посредством двух дополнительных пучков света, выделенных первой щелевой диафрагмой из пучков света, преломленных бипризмой Френеля, при этом в плоскости второй щелевой диафрагмы расстояние между дополнительными пучками больше ширины ее щели. Устройство позволяет определить количество сперматозоидов и распределение их по скоростям за счет исключения попадания на фотоприемник как паразитной засветки, так и света, рассеянного в областях камеры, расположенных вне измерительного объема, уменьшения паразитной амплитудной модуляции полезного сигнала.
Практическая реализация и длительная эксплуатация анализатора показали, что получаемые результаты с высокой точностью позволяют определить концентрацию всех частиц, содержащихся в эякуляте, но при исследовании здоровых доноров. Однако эякулят пациентов, проходящих обследование в клинике, может содержать кроме сперматозоидов значительное количество других клеток (форменные элементы крови, клетки сперматогенеза, эпителиальные клетки), которые сильно искажают результаты исследования. Это приводит к завышению результатов измерения концентрации и занижению результатов измерения подвижности самих сперматозоидов (ошибка может достигать 90%).
Настоящая полезная модель направлена на решение проблемы повышения точности определения количества сперматозоидов в пробе.
Анализатор фертильности спермы содержит источник гауссового пучка квази- или монохроматического света, бипризму Френеля, первую щелевую диафрагму, камеру для исследуемого образца, вторую щелевую диафрагму и фотоприемник, выход которого соединен с блоком обработки сигнала.
Отличие от ближайшего аналога состоит в следующем.
Камера для исследуемого образца выполнена двухступенчатой с образованием основного и сообщающегося с ним дополнительного измерительного объема толщиной от 20 до 23 микрометров.
Анализатор выполнен двухканальным, первый канал которого включает последовательно расположенный вдоль первой оптической оси источник гауссового пучка квази- или монохроматического света, бипризму Френеля, первую щелевую диафрагму, основной измерительный объем камеры для исследуемого образца, вторую щелевую диафрагму, и фотоприемник, выход которого соединен с входом блока обработки сигнала, выход которого является выходом первого канала.
Дополнительно введенный второй канал включает последовательно расположенные вдоль второй оптической оси, параллельной первой, светодиод, дополнительный измерительный объем камеры для исследуемого образца, микрообъектив, цифровую видеокамеру, выход которой соединен с входом блока формирования корректирующего сигнала, выход которого является выходом второго канала.
Выход первого канала соединен с первым входом дополнительно введенного блока умножения, а выход второго канала соединен с его вторым входом, причем выход блока умножения является выходом анализатора.
Блок формирования корректирующего сигнала выполнен с возможностью выделения и подсчета в анализируемом изображении общего числа М частиц, и распознавания среди этих частиц сперматозоидов и подсчета их числа S, и формирования корректирующего сигнала как отношения K=S/M.
Технический результат состоит в повышении точности анализа фертильности спермы вне зависимости от состояния здоровья пациента путем учета состава эякулята.
Блок-схема анализатора представлена на фигуре.
Анализатор фертильности спермы содержит источник 10 гауссового пучка квази- или монохроматического света, бипризму 12 Френеля, первую щелевую диафрагму 141, камеру 16 для исследуемого образца, вторую щелевую диафрагму 142 и фотоприемник 18, выход которого соединен с блоком 20 обработки сигнала.
Камера 16 для исследуемого образца выполнена двухступенчатой с образованием основного 161 толщиной порядка 200 мкм и сообщающегося с ним дополнительного 162 измерительного объема толщиной от 20 до 23 микрометров. Анализатор выполнен двухканальным, первый канал 30 которого включает последовательно расположенный вдоль первой оптической оси 31 источник 10 гауссового пучка квази- или монохроматического света, бипризму 12 Френеля, первую щелевую диафрагму 141, основной 161 измерительный объем камеры 16 для исследуемого образца, вторую щелевую диафрагму 142 и фотоприемник 18, выход которого соединен с входом блока 20 обработки сигнала, выход которого является выходом первого канала. Дополнительно введенный второй канал 300 включает последовательно расположенные вдоль второй оптической оси 32, параллельной первой, светодиод 40, дополнительный измерительный объем 162 камеры для исследуемого образца, микрообъектив 42, цифровую видеокамеру 44, выход которой соединен с входом блока 46 формирования корректирующего сигнала, выход которого является выходом второго канала. Блок 46 формирования корректирующего сигнала выполнен с возможностью выделения и подсчета в анализируемом изображении общего числа М частиц, и распознавания среди этих частиц сперматозоидов и подсчета их числа S, и формирования корректирующего сигнала как отношения K=S/M.
Выход первого канала соединен с первым входом дополнительно введенного блока 50 умножения, а выход второго канала соединен с его вторым входом, причем выход блока 50 умножения является выходом 52 анализатора.
Устройство функционирует следующим образом. Излучаемый источником 10 гауссовый пучок квази- или монохроматического света направляется соосно оси 31 на грань бипризмы 12. За счет преломления в бипризме 3 гауссовый пучок делится пополам на два расходящихся пучка (иными словами, на две половины гауссового пучка), которые либо частично, либо полностью перекрываются между собой. После щелевых диафрагм 141 и 142 собранный свет с помощью фотоприемника 18 преобразуется в электрический сигнал, который подается на вход блока обработки сигнала. В качестве блока 20 может быть использован системный блок компьютера. В блоке осуществляется спектральный анализ фототока, что позволяет определить как распределение частиц по скоростям, так и количество частиц, движущихся в соответствующем диапазоне скоростей. Кроме того, в блоке 20 определяются средняя интенсивность падающего на фотоприемник 18 света, рассеянного от основного измерительного объема 161, дисперсия упомянутой выше интенсивности, и вычисляется отношение квадрата первой величины ко второй. Это позволяет определить количество сперматозоидов в измерительном объеме, однако для указанных погрешностей, связанных с наличием посторонних частиц, вводится второй канал 300 с оптической осью 32. Светодиодом 40 производится освещение части 162 измерительного объема, с помощью микрообъектива 42 осуществляется формирование изображения, которое подается на вход цифровой видеокамеры 44, выход которой соединен с входом блока 46 формирования корректирующего сигнала. В блоке 46 осуществляется формирования корректирующего сигнала для выделения и подсчета в анализируемом изображении общего числа М частиц, и распознавания среди этих частиц сперматозоидов и подсчета их числа S, и формирования корректирующего сигнала как отношения K=S/M.
С выхода блоков 20 и 46 сигнал подается на вход блока 50 умножения, выход 52 которого является выходом анализатора, на котором формируется сигнал, пропорциональный количеству сперматозоидов в основном объеме.