Спектральное устройство для контроля и мониторинга процесса фотодинамической терапии и лазерной флуоресцентной диагностики

СПЕКТРАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ И МОНИТОРИНГА
ПРОЦЕССА ФОТОДИНАМИЧЕСКОЙ ТЕРАПИИ И ЛАЗЕРНОЙ
ФЛУОРЕСЦЕНТНОЙ ДИАГНОСТИКИ.
Предлагаемая полезная модель относится к медицине, конкретно, к медицинским устройствам и может найти применение в клинической практике.
Метод лазерной флуоресцентной диагностики (оптической биопсии) основан на способности эндогенных порфиринов и их дериватов накапливаться в патологических тканях. Характерной особенностью этих соединений является способность избирательно поглощать свет определенной длины волны в видимой области спектра и флюоресцировать. Наибольшее содержание эндогенных порфиринов локализуется в быстропролиферирующих клетках это является биологической основой флюоресцентной диагностики злокачественных и доброкачественных образований.
Известно использование системы для лазерной флуоресцентной диагностики на основе лазерного эндоскопического спектрального анализатора LESA-7, в состав которой входят следующие основные компоненты: портативный многоканальный лазерный спектральный анализатор, источник лазерного излучения - гелий-неоновый лазер с длиной волны 632,8 нм, номинальная мощность 5 мВт; система специальных светофильтров для регистрации флюоресценции и рассеянного лазерного излучения одновременно в диапазоне от ббО до 750 нм. ; гибкий Y-образный многоканальный волоконно-оптический катетер диаметром 1,5 мм, применяемой для
г 0 0 ,  ,
количественного слежения за кинетикой химических и спектрально-зависимых физических процессов, в частности для определения и регистрации индуцированной и собственной флуоресценции в медицинской практике. (С.А.Дадвани, П.С.Ветшев, С.С.Харнас, С.П.Ветшев, Л.П.Беляева. «Интраоперационная дифференциальная диагностика заболеваний щитовидной железы с использованием лазерной аутофлуоресцентной спектроскопии //Лазерная медицина - 2000.-т.4-в.4с.46-51)
Данное устройство работает следующим образом: После осуществления доступа, интраоперационной ревизии, предварительной оценки характера патологического процесса, волоконно-оптический катетер подводится к операционной ране и устанавливается под прямым углом к интересующей зоне. При этом необходимо достигнуть мягкого контакта катетера с исследуемой тканью. Далее, в течение 3-4 секунд производится регистрация спектра флюоресценции из выбранной точки (зоны интереса). Подобньм образом изучают от 3 до 7 разных точек. Важным условием проведения измерений является затемнение, т.е. отсутствие фонового светового излучения в области спектра воспринимаемым и анализируемым спектроанализатором. Анализ данных производится немедленно с помощью специального программного обеспечения на том же аппарате, что и само исследование.
Известно также устройство для спектрального контроля концентрации фотосенсибилиэатора, а также контроля оксигенации крови в сосудах, содержащее спектрометр, включающий полихроматор с волоконнооптическим вводом излучения, в котором установлен специальный фильтр, фотодиодную линейку, блок регистрации и электронно-вычислительную машину (ЭВМ), лазер с устройством ввода излучения в световод, источник света с непрерывнымспектром
и волоконно-оптический катетер, включающий световод доставки лазерного излучения, световод доставки излучения источника света с непрерывным спектром и приемные световоды. При работе известного устройства выходящее из лазера излучение вводится с помощью устройства ввода в световод доставки лазерного излучения волоконно-оптического катетера и облучает исследуемую биоткань. Loschenov V.B., R. Steiner. Working out of early diagnostic and control for the cancer treatment method with the use of photosensitiser of modelling action. Proceeding SPIE, vol. 2325, p. 144 (1994) /1/
Данное устройство работает следующим образом: После осуществления доступа, интраоперационной ревизии, предварительной оценки характера патологического процесса, волоконно-оптический катетер подводится к операционной ране и устанавливается под прямым углом к интересующей зоне. При этом необходимо достигнуть мягкого контакта катетера с исследуемой тканью. Далее, в течение 3-4 секунд производится регистрация спектра флюоресценции из выбранной точки (зоны интереса). Подобным образом изучают от 3 до 7 разных точек. Важным условием проведения измерений является затемнение, т.е. отсутствие фонового светового излучения в области спектра воспринимаемым и анализируемым
спектроанализатором. Анализ данных производится немедленно с помощью специального программного обеспечения на том же аппарате, что и само исследование.
Облгими недостатками QTISX устройств являются: невозможность соблюдения принципов асептики и антисептики при использовании метода в хирургической практике; необходимость привлечения специально обученного персонала; а также необходимость полного затемнения во время проведения измерений для получения достоверных результатов.
Наиболее близким к предлагаемому устройству, является спектральное устройство для контроля и мониторинга процесса фотодинамической терапии b лазерной флуоресцентной диагностики, содержащее полихроматор в спектрометре с волоконно-оптическим вводом излучения, в котором установлен специальный фильтр, выполненный узкополосным, с соотношением между значением коэффициента пропускания на длине волны лазерного излучения и значениями коэффициентов пропускания на длинах волн, отличающихся от длины волны лазерного излучения на 30 нм и более, в пределах (2 100)х104, блок регистрации, ЭВМ, лазер с длиной волны, превышающей 600 нм, с устройством ввода лазерного излучения в световод, содержащим фильтр, у которого соотношение между значениями коэффициента пропускания на длине волны лазерного излучения и значениями коэффициентов пропускания на длинах волн, превышающих длину волны лазерного излучения на 30 нм и более, составляет не менее 20. Кроме того, источник света с непрерывнымспектром
f
содержит пропускающий фильтр, у которого соотношение между значениями коэффициентов пропускания в спектральном диапазоне 520 - 590 нм и значениями коэффициентов пропускания на длинах волн, равных и превьшающих длину лазерного излучения, составляет не менее . ( Лощенов В.В., Меерович Г.А., Стратоников А.А. - Патент РФ RU 2169590 С1 МПК A61N 5/06 от 27.06.2001г.)
Данное устройство работает следующим образом: выходящее из лазера излучение вводится с помощью устройства ввода в световод доставки лазерного излучения волоконно-оптического катетера и облучает исследуемую биоткань. При этом часть лазерного излучения отражается и рассеивается исследуемой биотканью и попадает в приемные световоды, а с их выхода - в волоконно-оптический ввод излучения полихроматора спектрометра, а другая часть поглощается биотканью. Лазерное излучение, поглощаемое биотканью, вызывает ее флуоресценцию, обусловленную присутствием фотосенсибилизатора. Спектр излучения биоткани лежит в более длинноволновом диапазоне по сравнению с лазерным излучением. Флуоресцентное излучение биоткани также попадает в приемные световоды, а с их выхода - в волоконнооптический ввод излучения полихроматора спектрометра. Таким образом, на спектральную систему полихроматора, а после спектрального разложения на фотодиодную линейку попадают одновременно отраженное (рассеянное) от биоткани лазерное излучение и флуоресцентное излучение биоткани, существенно
(на несколько порядков) отличающиеся друг от друга по интенсивности. Сигнал фотодиодной линейки, соответствующий спектру отраженного излучения, поступает в блок регистрации, а оттуда в цифровой форме - в ЭВМ, где обрабатывается по специальному алгоритму и отображается на экране монитора ЭВМ в виде цифровых или графических данных.
После осуществления доступа, интраоперационной ревизии, предварительной оценки характера патологического процесса, волоконно-оптический катетер подводится к операционной ране и устанавливается под прямым углом к интересующей зоне. При этом необходимо достигнуть мягкого контакта катетера с исследуемой тканью. Далее, в течение 3-4 секунд производится регистрация спектра флюоресценции из выбранной точки
(зоны интереса). Подобным образом изучают от 3 до 7 разных точек.
Важным условием проведения измерений является затемнение, т.е. отсутствие фонового светового излучения в области спектра воспринимаемым и анализируемым спектроанализатором.
Анализ данных производится немедленно с помощью специального программного обеспечения на том же аппарате, что и само исследование.
Недостатками зтого известного устройства являются:
при применении в хирургической практике существенно затруднено соблюдение принципов асептики при проведении интраоперационной спектроскопии, т.к. фиксация показаний на ПК недоступна хирургу непосредственно производящему измерения;
необходимость привлечения ассистента, владеющего методикой, и не участвующего в операции, для регистрации и фиксации показателей на ПК с помощью клавиатуры ПК;
трудно добиться согласованных действий в системе «хирург - «ассистент, учитывая низкую устойчивость химических веществ, в частности эндогенных порфиринов, к лазерному излучению, что вносит погрешность в проводимые измерения;
при применении устройства во время лапароскопических операций необходимо полностью отключать эндоскопический осветитель во время проведения исследования т.к. это является необходимым условием получения достоверных результатов;
поскольку Y-образный многоканальный волоконнооптический катетер является гибким соблюдение прямого угла между ним (что является необходимым для получения достоверных результатов) и глубоко расположенной исследуемой тканью во время эндоскопических и полостных операций затруднено.
Задачей разработки полезной модели явилось устранение вышеперечисленных недостаа7ков известного устройства.
Поставленная задача решается предлагаемой полезной моделью состоящей из спектрометра (1), включающего полихроматор (2) с волоконно-оптическим вводом излучения (3), содержащего фильтр (4), ослабляющий интенсивность рассеянного лазерного излучения, приходящего на фотодиодную линейку (5), блока регистрации (6) и персонального компьютера (7), лазера
(8) с устройством (9) ввода лазерного излучения в световод, содержащего пропускающий фильтр (10) , источника света с непрерывным спектром (11) с пропускающим фильтром (12), и волоконнооптического катетера (13), включающего световод (14) доставки лазерного излучения, световода
(15) доставки излучения источника света с непрерывньм спектром и приемных световодов (16), блока управления состоящего из стационарной части (17), подключаемой к портам ввода/вывода персонального компьютера и съемной части (18), исполненной герметично и имеющей на одном конце разъем, согласованный с разъемом части (17), на другом конце - гащетку (19), сменной насадки фиг.2 , на волоконно-оптический катетер, содержащей канал
(1)соответствующий диаметру волоконно-оптического световода и имеющей на торцевых поверхностях манжеты из светонепроницаемого эластичного материала (2). Блок управления может быть выполнен в виде кнопки, педали, или другой схемы дистанционного управления прибором
(беспроводной пульт).
В соответствии с принципиальной схемой гашетка позволяет дистанционно управлять работой спектроскопа, фиксировать данные. В исполнении части 18, пригодном для стерилизационной обработки, все действия, связанные непосредственно с исследованием, могут проводиться оперирующим хирургом без участия ассистента с соблюдением всех принципов асептики. А повышение точности измерений и повьш1ение удобства их произведения оперирующим хирургом при использовании сменной насадки на волоконно-оптический катетер позволяет более точно
соблюсти положение катетера (относительно поверхности, на которую производится воздействие), а также устраняется засветка падающим излучением наблюдаемой поверхности ткани и избежать необходимости проведения процедуры без освещения.
Рекомендуемые характеристики ключевБ1х элементов:
1.БЛОК управления (проводной вариант) фиг.1:
герметичное исполнение съемной части (18);
наличие на одном конце съемной части (18) разъема, согласованного с разъемом стационарной части (17), соединённого сигнальным проводом длиной не менее 2-х метров с гашеткой (19) представленной кнопкой, группой кнопок, педалью или контактной группой;
стационарная часть (17) является единой для всех исполнений и содержит на одном конце сигнального провода разъем, согласованный с разъемом, расположенным на съемной части (18), на другом конце сигнального провода разъем, предназначенный для подключения к портам ввода/вывода персонального компьютера (DIN, PS2, LPT, COM, USB и т.д.)
2.Блок управления (беспроводной вариант), выполненный в виде пульта, управляющий прибором по радиоканалу или с помощью передатчика в ИК-диапазоне.
3.Сменная насадка фиг.2 на волоконно-оптический катетер, содержащая канал (1), соответствующий диаметру волоконно-оптического световода и имеющая на торцевых поверхностях манжеты, выполненные из светонепроницаемого, эластичного материала (2),
исполненные из материалов медицинского назначения и пригодные к дезинфекции и стерилизационной обработке. Предлагаемая полезная модель позволяет:
1.использовать установку для лазерной флуоресцентной спектроскопии интраоперационно, что существенно расширяет применение спектроскопии в клинической практике;
2.производить необходимые измерения непосредственно оперирующим хирургом, что позволяет получить более точные показатели, устранив временные задержки в связке «хирург - «ассистент и т.о. не вносить дополнительные погрешности в измерения;
3.устранить необходимость подготовки ассистента, владеющего методом лазерной флуоресцентной спектроскопии и таким образом повысить точность измерений и удобство их проведения оперирующим хирургом;
4. при использовании сменной насадки на волоконнооптический катетер более точно соблюсти положение катетера (относительно поверхности на которую производится воздействие), что существенно затруднено из-за недостаточной жесткости световода, а также устраняется засветка падающим излучением наблюдаемой поверхности ткани и избежать необходимости проведения процедуры без освещения, что повышает удобство проведения и точность измерений.