СИСТЕМА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ КВАЗИУПРУГОГО РАССЕЯНИЯ СВЕТА И/ИЛИ СКАНИРОВАНИЯ ФЛУОРЕСЦЕНТНОГО ЛИГАНДА В ГЛАЗУ СУБЪЕКТА
SYSTEM FOR CARRYING OUT QUASIELASTIC LIGHT SCATTERING AND/OR SCANNING OF FLUORESCENT LIGAND IN SUBJECT'S EYE

Предпосылки создания изобретения
Всегда важно обнаружить болезнь на самой ранней стадии ее развития. Раннее обнаружение дает возможность раньше приступить к лечению, что, как это доказано, повышает шансы на успешный результат при лечении многих заболеваний. Недавно было обнаружено, что анализ глаза человека и в особенности хрусталика глаза может обеспечивать возможность выявлять различные виды заболеваний. Например, измерения, выполняемые при рассеянии света внутри глаза, показали, что может быть получена ценная диагностическая информация для обнаружения и наблюдения развития различных болезней, таких как, например, болезнь Альцгеймера. Недавно было обнаружено, что эта болезнь вызывает изменения в супрануклеарной области хрусталика глаза. Поскольку толщина этой области составляет всего лишь доли миллиметра, то измерения в ней, чтобы они были полезными, должны быть очень точными в отношении знания места выполнения измерения. Это тем более справедливо, поскольку глаз человека находится практически в постоянном движении, даже когда внимание пациента фиксируется на освещенном объекте.
Было показано, что наличие или увеличение количества агрегатов в супрануклеарной и/или в кортикальной областях хрусталика проверяемого глаза млекопитающего по сравнению с нормальной контрольной величиной указывает на то, что у испытуемого млекопитающего имеется нейродегенеративное заболевание, например, нарушение амилоидогенного характера, или существует опасность такого заболевания. Нарушения амилоидогенного характера включают болезнь Альцгеймера, наследственную болезнь Альцгеймера, спорадическую болезнь Альцгеймера, болезнь Крейтцфельда-Якоба, вариантную болезнь Крейтцфельда-Якоба, губчатые энцефалопатии, прионные заболевания (включая скрепи, губчатую энцефалопатию крупного рогатого скота и другие ветеринарные прионопатии), болезнь Паркинсона, болезнь Хантингтона, а также заболевания, связанные с тринуклеотидными повторами, боковой амиотрофический склероз, синдром Дауна (трисомия 21), синдром Пика (лобно-височная деменция), деменция с тельцами Леви, нейродегенеративные заболевания, связанные с нейротоксичными отложениями железа (синдром Халлервордена-Шпатца), синуклеинопатии (включая болезнь Паркинсона, множественную системную атрофию, деменцию с тельцами Леви и другие), болезнь, связанная с интрануклеарными включениями в ядрах нейронов, таупатии (включая прогрессирующий супрануклеарный паралич, синдром Пика, кортикобазальную дегенерацию, наследственную лобно-височную деменцию, (с проявлениями паркинсонизма или без таких проявлений) и комплекс бокового амиотрофического склероза острова Гуам и деменции паркинсоновского типа). Указанные заболевания могут встречаться по отдельности или в различных сочетаниях. Анализ агрегатов также может быть полезен при диагностике трансмиссивных губчатых энцефалопатий, которые являются прион-индуцированными заболеваниями, характеризующимися неизлечимой губчатой нейродегенерацией мозга и связанными с серьезными и фатальными неврологическими проявлениями и симптомами. К таким заболеваниям относятся: болезнь Крейцфельда-Якоба, новый вариант болезни Крейцфельда-Якоба, синдром Герстмана-Штраусслера-Шейнкера, спорадическая фатальная инсомния, куру, синдром Альперса, губчатая энцефалопатия крупного рогатого скота, скрапи и синдром хронического истощения.
Сущность изобретения
В изобретении предлагается система для осуществления квазиупругого рассеяния света и сканирования флуоресцентного лиганда в глазу субъекта. Система может содержать: источник света, обеспечивающий передачу света в направлении глаза субъекта; линзу, обеспечивающую фокусировку света, передаваемого из источника и рассеиваемого из глаза субъекта; измерительный отражатель, установленный таким образом, чтобы он принимал по меньшей мере часть сфокусированного света и отражал первую часть принимаемого света; телекамеру, настроенную и установленную таким образом, чтобы она принимала по меньшей мере первую часть принимаемого света и обеспечивала характеристики изображения, соответствующего первой части принимаемого света; и блок обработки информации, соединенный с телекамерой и настроенный таким образом, чтобы он анализировал интенсивности света в изображении для определения места расположения опорной точки, соответствующей границе раздела некоторой части глаза.
Опорная точка может соответствовать: границе раздела капсулы хрусталика глаза; границе раздела между капсулой хрусталика и передней камерой глаза; одной из границ раздела задней капсулы хрусталика; границе раздела воздух-роговая оболочка, границе раздела роговая оболочка-жидкость и границе раздела сетчатки глаза. Кроме того, источник света и блок обработки информации могут быть настроены таким образом, чтобы они обеспечивали сканирование флуоресцентного лиганда. Для этой цели система может быть устроена таким образом, чтобы принимался и анализировался рассеянный свет только под углом примерно 90° относительно направления света, поступающего в глаз субъекта.
Различные варианты осуществления изобретения могут содержать также один или несколько следующих признаков:
- Источник света, обеспечивающий излучение инфракрасного света.
- Измерительный отражатель, содержащий зеркало, обеспечивающее отражение первой части принимаемого света, причем зеркало имеет отверстие, через которое сквозь зеркало проходит (без отражения) вторая часть принимаемого света.
- Блок корреляции, который соединен с отражателем и на который попадает вторая часть принимаемого света, которая может использоваться для установления зависимости измеряемой величины интенсивности рассеянного света от времени.
- Блок обработки информации, обеспечивающий привод измерительного отражателя, так чтобы вторая часть принимаемого света соответствовала свету, рассеянному от области глаза, заданной относительно опорной точки.
- Блок обработки информации, соединенный с блоком корреляции и обеспечивающий анализ признаков второй части принимаемого света.
- Блок обработки информации, обеспечивающий индикацию наличия материала, связанного с заболеванием субъекта, в зависимости от признаков второй части принимаемого света и места в глазу, из которого рассеивается вторая часть принимаемого света.
Кроме того, варианты осуществления изобретения могут содержать один или несколько следующих признаков:
- Блок обработки информации, обеспечивающий анализ величин интенсивностей света в изображении для определения мест областей в глазу относительно опорной точки.
- Блок обработки информации, обеспечивающий установления соответствия величин интенсивностей света и областей, из которых рассеивается соответствующий им свет.
- Блок обработки информации, обеспечивающий определение мест нахождения супрануклеарной области (область между ядром и кортексом), области ядра и кортекса глаза.
Система в соответствии с некоторыми вариантами может также содержать дисплей, подсоединенный к блоку обработки информации, обеспечивающему отображение эллипса на изображении, и источник света, излучающий остронаправленный и/или веерообразный пучок света. Для этой цели блок обработки информации может обеспечивать: регулировку размеров и положения эллипса относительно изображения; анализ величин интенсивностей света в изображении для определения места нахождения радужной оболочки глаза и наложения эллипса на изображение, так чтобы он перекрывал радужную оболочку; и/или регулировку размеров эллипса в соответствии с командами, вводимыми оператором.
В изобретении предлагается также способ диагностики с использованием рассеяния света, включающий передачу остронаправленного пучка света в глаз субъекта, получение света остронаправленного пучка, рассеянного из глаза субъекта, и анализ полученного рассеянного света для определения места нахождения опорной точки, соответствующей границе раздела некоторой части глаза.
Указанный анализ может включать: определение опорной точки как точки, соответствующей границе раздела капсулы хрусталика глаза, и оценку величины интенсивности света, рассеиваемого глазом, для определения первой и второй областей с высокой интенсивностью света вдоль линии распространения остронаправленного пучка света. При этом первая и вторая области могут быть разделены сравнительно широкой третьей областью, которая практически не рассеивает свет остронаправленного пучка, причем вторая область расположена дальше от источника вдоль линии распространения остронаправленного пучка и определяется как область, соответствующая капсуле хрусталика. Анализ может включать определение опорной точки как точки, соответствующей границе раздела между капсулой хрусталика и передней камерой глаза, или границе раздела задней капсулы хрусталика, или границе раздела воздух-роговая оболочка, или границе раздела роговая оболочка-жидкость, или границе раздела сетчатой оболочки глаза. Анализ может также включать определение местонахождения кортекса, супрануклеарной области и/или области ядра глаза.
Варианты предложенного в изобретении способа могут также включать анализ величины интенсивности света, рассеянного заданной относительно опорной точки частью глаза, для определения физической характеристики материала в этой части и индикацию этой характеристики материала. Указанная индикация может включать обеспечение индикации наличия агрегатов в супрануклеарной области глаза.
Варианты предлагаемого способа могут также включать: формирование изображения в полученном свете, отражение остронаправленного пучка света до получения света; определение действительного положения определенной части полученного света на изображении относительно заданного положения этой определенной части; и изменение отражения для уменьшения разницы между действительными и заданным положениями этой определенной части полученного света.
Получение может представлять собой получение света, рассеянного глазом, только в направлении, составляющем примерно 90° относительно линии распространения остронаправленного пучка света.
Некоторые варианты предлагаемого способа могут включать: передачу в глаз субъекта веерообразного пучка света, получение света остронаправленного пучка, рассеянного глазом субъекта; формирование изображения глаза из этого полученного света; и наложение на изображение эллипса, аппроксимирующего размеры и положение радужной оболочки глаза на изображении. Наложение может быть выполнено компьютером в автоматическом режиме по результатам анализа величин интенсивностей света в изображении.
Некоторые варианты способа включают квазиупругое рассеяние света и могут быть осуществлены с использованием установки. Такие варианты могут также включать осуществление сканирования флуоресцентного лиганда с использованием этой же установки. Стадия сканирования флуоресцентного лиганда может включать; освещение глаза субъекта; получение первой информации об уровне флуоресценции глаза до введения в него средства проявления изображений; введение в глаз средства проявления изображений; получение второй информации об уровне флуоресценции глаза после введения в него средства проявления изображений; и сравнение первой и второй информации.
В изобретении предлагается также система для получения диагностических изображений глаза субъекта, содержащая: источник света, обеспечивающий передачу света путем возбуждения излучения; оптическое сканирующее устройство, обеспечивающее получение вертикального веерообразного пучка света из излучения источника и линейную развертку вертикального веерообразного пучка света из стороны в сторону; первую линзу, обеспечивающую фокусировку света после оптического сканирующего устройства для формирования плоскости виртуального изображения, в которой проходит линия взгляда субъекта и которая представляется собой плоскость вертикального сечения части глаза субъекта; вторую линзу, обеспечивающую фокусировку света из оптического сканирующего устройства, рассеянного глазом субъекта, для формирования плоскости резкого фокуса, которая совпадает с плоскостью виртуального изображения глаза субъекта; первый измерительный отражатель, установленный таким образом, чтобы он принимал по меньшей мере часть сфокусированного света и отражал первую часть принимаемого света; первую телекамеру, настроенную и установленную таким образом, чтобы она принимала первую часть принимаемого света и обеспечивала характеристики изображения, соответствующего первой части принимаемого света; и блок обработки информации, соединенный с телекамерой и настроенный таким образом, чтобы он обеспечивал анализ величин интенсивностей света в изображении для определения местонахождения опорной точки, соответствующей границе раздела некоторой части глаза, причем линейная развертка вертикального веерообразного пучка из стороны в сторону оптическим сканирующим устройством вводит этот пучок в плоскость виртуального изображения глаза субъекта и выводит из нее.
Варианты осуществления изобретения могут содержать один или несколько следующих признаков. Опорная точка соответствует границе раздела капсулы хрусталика глаза. Опорная точка соответствует границе раздела между капсулой хрусталика и передней камерой глаза. Опорная точка соответствует границе раздела задней капсулы хрусталика, или границе раздела воздух-роговая оболочка, или границе раздела роговая оболочка-жидкость, или границе раздела сетчатки глаза. Источник света и блок обработки информации могут быть настроены таким образом, чтобы они обеспечивали сканирование флуоресцентного лиганда. Источник света обеспечивает излучение инфракрасного света. Система может быть устроена таким образом, чтобы рассеянный свет принимался и анализировался только под углом примерно 90° относительно направления света, поступающего в глаз субъекта.
Кроме того, варианты осуществления изобретения могут содержать один или несколько следующих признаков. Измерительный отражатель содержит зеркало, устроенное таким образом, чтобы оно отражало первую часть принимаемого света, причем в зеркале имеется отверстие, через которое может проходить без отражения вторая часть принимаемого света, и система содержит также блок корреляции, соединенный с отражателем таким образом, чтобы блок корреляции принимал вторую часть принимаемого света и устанавливал зависимость величины интенсивности рассеянного света от времени. Блок обработки информации обеспечивает привод измерительного отражателя таким образом, чтобы вторая часть принимаемого света соответствовала свету, рассеянному от области глаза, заданной относительно опорной точки, и блок обработки информации соединен с блоком корреляции для анализа характеристик второй части принимаемого света. Блок обработки обеспечивает индикацию наличия материала, связанного с заболеванием субъекта, в зависимости от характеристик второй части принимаемого света и места в глазу, из которого рассеивается вторая часть принимаемого света. Кроме того, система содержит второй измерительный отражатель, установленный таким образом, чтобы на него падала по меньшей мере часть сфокусированного света и чтобы он отражал вторую часть падающего на него света.
В изобретении предлагается также система для осуществления квазиупругого рассеяния света и/или сканирования флуоресцентного лиганда в глазу субъекта, содержащая экран дисплея, на который выводится изображение глаза для обеспечения задания оператором областей глаза, в которых должны выполняться измерения. Система может содержать оптическую установку, соединенную с блоком обработки информации для осуществления квазиупругого рассеяния света и/или сканирования флуоресцентного лиганда заданных областях глаза субъекта и для сбора информации, связанной с осуществляемым квазиупругим рассеянием света и/или сканированием флуоресцентного лиганда. Блок обработки информации может также отображать информацию на экране дисплея для ее анализа оператором. Для этой цели информация, связанная с осуществляемым квазиупругим рассеянием света и/или сканированием флуоресцентного лиганда может отображаться на одном и том же экране дисплея и/или накапливаться в циклах, длительность которых не превышает 60 мс. В некоторых вариантах блок обработки информации может выполнять до десяти последовательных циклов. Кроме того, на экране дисплея может отображаться следующая информация: установочные параметры для тестирования, изображения вида спереди и сечения глаза, средние величины интенсивности для квазиупругого рассеяния света и/или сканирования флуоресцентного лиганда, графические представления функций автокорреляции для квазиупругого рассеяния света и/или сканирования флуоресцентного лиганда и параметры экспоненциальных кривых, аппроксимирующих информацию функций автокорреляции. Информация может использоваться для выявления наличия интересующего материала или объектов, включающих, например, β-амилоидный белок, и/или для наблюдения развития заболевания.
-kt
В некоторых вариантах получаемая системой информация может включать среднюю величину интенсивности рассеянного света для осуществляемого квазиупругого рассеяния света и/или среднюю величину интенсивности излучения флуоресценции для осуществляемого сканирования флуоресцентного лиганда. В некоторых вариантах изобретения информация может быть получена из разных точек супрануклеарной области и/или области ядра хрусталика глаза для определения отношения средней величины интенсивности излучения флуоресценции, связанной со сканированием флуоресцентного лиганда в области ядра хрусталика глаза, к средней величине интенсивности излучения флуоресценции, связанной со сканированием флуоресцентного лиганда в супрануклеарной области хрусталика глаза. Аналогичное отношение может быть определено для квазиупругого рассеяния света в области ядра и в супрануклеарной области хрусталика глаза. Указанные отношения могут коррелировать со стадией заболевания, так что увеличение отношения указывает на увеличение количества материала и/или объектов в глазу. В некоторых вариантах изобретения может также использоваться показатель качества измерений, получаемый умножением указанных отношений, или же для этого используется кривая y(t)=Ie, где I - средняя величина интенсивности, k - постоянная времени спада и t - время.
Дополнительные признаки изобретения могут включать экран дисплея для вывода изображения, чтобы оператор мог задать области глаза для анализа, а также способ анализа рассеянного света при квазиупругом рассеянии света и/или сканировании флуоресцентного лиганда для выявления интересующего материала или объектов, находящихся в заданных областях глаза. Интересующим материалом или объектами может быть β-амилоидный белок. В некоторых вариантах может анализироваться средняя величина интенсивности рассеянного света и/или излучения флуоресценции из супрануклеарной области и/или из области ядра хрусталика глаза. Средняя величина интенсивности рассеянного света или излучения флуоресценции из области ядра хрусталика глаза может сравниваться со средней интенсивностью рассеянного света или излучения флуоресценции из супрануклеарной области хрусталика глаза для получения коэффициента корреляции, позволяющего оценить наличие в глазу интересующего материала или объектов. В некоторых вариантах блок обработки информации может получать величины интенсивности излучения флуоресценции из области глаза до и после введения в него средства проявления изображений для определения разности между двумя полученными величинами. В некоторых вариантах блок обработки информации может получать первую информацию об уровне флуоресценции глаза до введения в него средства проявления изображений и вторую информацию об уровне флуоресценции глаза после введения в него средства проявления изображений, после чего осуществляет сравнение первой информации со второй информацией. Сравнение может заключаться, например, в вычитании первой информации из второй информации для определения разности измеряемых величин излучения флуоресценции. Кроме того, блок обработки информации может отображать информацию, полученную при квазиупругом рассеянии света и/или сканировании флуоресцентного лиганда, на экране дисплея для анализа оператором. Информация может включать любую информацию, относящуюся к осуществляемому квазиупругому рассеянию света и/или сканированию флуоресцентного лиганда.
В изобретении предлагается также способ осуществления квазиупругого рассеяния света и/или сканирования флуоресцентного лиганда в глазу субъекта. Способ может включать: задание области глаза для получения информации; осуществление квазиупругого рассеяния света и/или сканирования флуоресцентного лиганда в заданной области; получение информации, относящейся к квазиупругому рассеянию света и/или сканированию флуоресцентного лиганда; и представление информации. Информация может быть выведена на экран дисплея и/или распечатана. Для этой цели получаемая информация может включать среднюю величину интенсивности рассеянного света для осуществляемого квазиупругого рассеяния света и/или среднюю величину интенсивности излучения флуоресценции для осуществляемого сканирования флуоресцентного лиганда. Могут быть получены средние величины интенсивности из области ядра и/или из супрануклеарной области хрусталика глаза и определено отношение между средней величиной интенсивности рассеянного света из области ядра хрусталика глаза и средней величиной интенсивности рассеянного света из супрануклеарной области хрусталика глаза. Аналогичное отношение может быть определено для сканирования флуоресцентного лиганда.
Предлагаемый в изобретении способ может также включать осуществление сканирования флуоресцентного лиганда путем освещения глаза субъекта, получения первой информации об уровне излучения флуоресценции глаза до введения в него средства проявления изображений, введения в глаз средства проявления изображений, получения второй информации об уровне излучения флуоресценции глаза после введения в него средства проявления изображений и сравнения первой и второй информации. В некоторых вариантах первая и вторая информация содержат средние величины интенсивности излучения флуоресценции, исходящего из глаза, и сравнение первой и второй информации может заключаться в вычитании первой информации из второй информации. В некоторых вариантах получение второй информации осуществляют не более чем через 24 часа после введения в глаз средства проявления изображений. Способ может также обеспечивать возможность выявления наличия β-амилоидного белка в глазу и/или наблюдения развития заболевания путем измерения уровней излучения флуоресценции глаза.
Кроме того, варианты осуществления изобретения могут содержать один или несколько следующих признаков. Система содержит также вторую телекамеру, настроенную и установленную таким образом, чтобы она принимала вторую часть принимаемого света и обеспечивала характеристики изображения, соответствующего второй части принимаемого света. Система содержит также дихроический расщепитель пучка, устроенный и установленный таким образом, чтобы он отражал по меньшей мере часть сфокусированного света на второй измерительный отражатель и передавал по меньшей мере часть сфокусированного света на первый измерительный отражатель. Блок обработки информации обеспечивает анализ величин интенсивностей света в изображении для определения расположения областей в глазу относительно опорной точки. Блок обработки информации обеспечивает установление соответствия величин интенсивностей света и областей, из которых рассеивается соответствующий им свет. Блок обработки информации обеспечивает определение расположения супрануклеарной области, области ядра и кортекса глаза. Система содержит также дисплей, соединенный с блоком обработки информации, обеспечивающим отображение эллипса на изображении. Блок обработки информации обеспечивает корректировку размеров и положения эллипса относительно изображения. Блок обработки информации обеспечивает анализ величин интенсивностей света в изображении для определения расположения радужной оболочки глаза и наложения эллипса на изображение, так чтобы он перекрывал радужную оболочку. Блок обработки информации может корректировать размеры эллипса в соответствии с командами, вводимыми оператором системы.
В изобретении предлагается система для осуществления сканирования флуоресцентного лиганда в глазу субъекта. Система содержит: источник света, обеспечивающий передачу света в направлении глаза субъекта; первый микрообъектив, устроенный и установленный таким образом, чтобы он фокусировал свет от источника, передаваемый в направлении глаза субъекта, для получения сфокусированного пятна света, падающего на глаз; привод, соединенный с первой подвижной линзой и обеспечивающий позиционирование сфокусированного пятна света, направляемого из первого микрообъектива через первую подвижную линзу, внутри глаза субъекта; линзу, устроенную таким образом, чтобы она обеспечивала фокусировку света от источника, рассеянного глазом субъекта; фотоэлектронный умножитель или аналогичный датчик, устроенный и установленный таким образом, чтобы он принимал первую часть принимаемого света и обеспечивал характеристики изображения, соответствующего первой части принимаемого света; и блок обработки информации, соединенный с фотоэлектронным умножителем или аналогичным датчиком и обеспечивающий анализ интенсивностей света в изображении для определения опорной точки, соответствующей границе раздела некоторой части глаза.
Варианты осуществления изобретения могут содержать один или несколько следующих признаков. Свет, рассеянный глазом субъекта и принятый фотоэлектронным умножителем, проходит примерно по такому же пути, по которому проходит свет, передаваемый источником. Первый микрообъектив убирается с пути пучка света, который будет распространяться как коллимированный пучок в направлении глаза субъекта.
Кроме того, варианты осуществления изобретения могут содержать один или несколько следующих признаков. Система также содержит: вторую линзу для фокусировки света, излучаемого источником и рассеиваемого глазом субъекта; фотоприемник, устроенный и установленный таким образом, чтобы он принимал первую часть света, поступающего из второй линзы и обеспечивал характеристики изображения, соответствующего первой части принятого света; и блок обработки информации подсоединен к датчику для анализа интенсивностей света в изображении с целью определения местонахождения опорной точки, соответствующей границе раздела некоторой части глаза, причем свет, рассеянный глазом субъекта и сфокусированный второй линзой, распространяется в направлении, составляющем 45 градусов относительно направления линии взгляда субъекта и 90 градусов относительно направления пучка света, передаваемого источником.
Кроме того, варианты осуществления изобретения могут содержать один или несколько следующих признаков. Система содержит также первый дихроический расщепитель пучка, установленный на пути света, получаемого второй линзой, и по меньшей мере второй дихроический расщепитель пучка, установленный на пути света, излучаемого источником, причем первый и по меньшей мере второй дихроические расщепители пучка, устроены таким образом, чтобы они отражали по меньшей мере часть света, принимаемого фотоприемником. Кроме того, система содержит быстродействующий оптический затвор, установленный в некоторой точке пути распространения света от источника в направлении глаза субъекта. Система содержит также монитор сердечных сокращений, и блок обработки информации устроен таким образом, чтобы он синхронизировал получение информации с интервалами покоя между сокращениями сердца. Монитор сердечных сокращений встраивается в упор для лба субъекта. Монитор сердечных сокращений встраивается в упор для подбородка субъекта. Система содержит также водитель ритма сердца, обеспечивающий задание ритма работы сердца, и блок обработки информации устроен таким образом, чтобы он синхронизировал получение информации с интервалами покоя между сокращениями сердца.
В соответствии с другими вариантами осуществления изобретения могут быть обеспечены одна или несколько нижеуказанных возможностей:
- Реальная система измерений интенсивности излучения флуоресценции (например, СФЛ-измерений), способная осуществлять точечные измерения в хрусталике глаза.
- Реальная система измерения интенсивности квазиупругого рассеяния света для выявления заболеваний с использованием измерений глаз.
- Диагностические измерения могут быть выполнены одним оператором с использованием одной установки. Диагностические измерения глаза, например, для получения информации, связанной с заболеванием, могут быть выполнены без физического контакта с глазом.
- Могут выполняться многократные высокоточные измерения интенсивности света, рассеиваемого внутри глаза.
- Сканирование флуоресцентного лиганда (СФЛ) и квазиупругое рассеяние света (КРС) (также называемое динамическим рассеянием света, гомодинной спектроскопией, рассеянием Релея лазерного излучения и т.д.) могут быть осуществлены на одной платформе/установке.
- При выполнении диагностических измерений может осуществляться компенсация движений глаза субъекта.
- Информация, необходимая для установки внутриглазных имплантов, может быть получена неинвазивно. Может быть получена снятая в ИК-лучах карта интенсивности излучения флуоресценции внутри глаза.
- Может быть точно определено положение внутри глаза точек, в которых выполняются измерения.
- Может быть обеспечен контроль качества для подтверждения положения внутри глаза точек, в которых выполняются измерения.
- Могут быть определены биоморфические характеристики глаза, например, параметры для использования в формулах хрусталика, измерениях глубины переднего сегмента, толщины роговой оболочки и/или толщины хрусталика.
- Могут осуществляться измерения агломератов в глазу, имеющих отношение, например, к катарактам, сахарному диабету, облучению радиацией (например, для пилотов авиалиний, рабочих на производствах, связанных с радиоактивностью, космонавтов, раковых пациентов) и/или к токсикации глаз (например, для в случае длительного воздействия системных стероидов и/или нейролептических средств).
- Обеспечивается диагностика и прогнозирование нейродегенеративных заболеваний и/или трансмиссивных губчатых энцефалопатий.
- Может выполняться тестирование лекарственных средств, например, в доклинических и клинических испытаниях для млекопитающих.
- При выполнении диагностических измерений может осуществляться компенсация движений глаза субъекта, вызванных биениями сердца.
- Может выполняться непрерывное сканирование сечения глаза.
- Может обеспечиваться достаточное освещение области измерений в глазу, и при этом поддерживаются безопасные уровни облучения на сетчатке.
Эти и другие возможности изобретения, так же как и само изобретение, можно будет понять более полно после ознакомления с нижеприведенными фигурами, подробным описанием и формулой изобретения.
Краткое описание чертежей
Фигура 1 - схематический вид системы с рассеянием света для измерения света, рассеянного внутри глаза пациента, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фигура 2 - блок-схема компьютера, изображенного на фигуре 1;
фигура 3 - вид изображения сечения глаза, полученного с использованием системы, представленной на фигуре 1, с включенными лазерами остронаправленного и веерного пучков излучения;
фигура 4 - вид изображения сечения глаза, полученного с использованием системы, представленной на фигуре 1, когда включен только лазер остронаправленного пучка излучения;
фигура 5 - блок-схема алгоритма измерения рассеянного света, выходящего из глаза субъекта, с использованием системы, представленной на фигуре 1;
фигура 6 - блок-схема алгоритма выполнения сканирования флуоресцентного лиганда в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фигура 7 - блок-схема алгоритма осуществления квазиупругого рассеяния света и сканирования флуоресцентного лиганда в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фигура 8 - временная диаграмма получения данных в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фигура 9 - пример окна дисплея, на котором указаны установочные параметры, а также вид спереди и вид сечения глаза в соответствии с некоторьми вариантами осуществления изобретения перед выполнением квазиупругого рассеяния света и сканирования флуоресцентного лиганда;
фигура 10 - пример окна дисплея, на котором показаны результаты измерений в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения после выполнения квазиупругого рассеяния света и сканирования флуоресцентного лиганда;
фигура 11 - схема сканирования Шеймпфлюга и система получения изображений при сканировании Шеймпфлюга для проведения измерений внутри глаза пациента в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фигура 12 - вид сбоку части системы с рассеянием света для измерения света, рассеянного внутри глаза пациента, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фигура 13 - вид в перспективе системы с рассеянием света для измерения света, рассеянного внутри глаза пациента, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фигура 14 - вид в перспективе системы с рассеянием света для измерения света, рассеянного внутри глаза пациента, со схематическим изображением головы пациента, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
В некоторых вариантах осуществления изобретения предлагаются технические средства измерения света, рассеянного внутри глаза субъекта, например, глаза человека, для диагностических целей. Например, система с рассеянием света содержит узел лазера, который обеспечивает направление пучка лазерного излучения в глаз субъекта. Рассеянный свет фокусируется передающей линзой, формирующей изображение на измерительном зеркале. Между передающей линзой и измерительным зеркалом свет отражается от регулируемого зеркала, положение которого регулируется таким образом, чтобы обеспечить расположение изображения на измерительном зеркале в нужном месте. Измерительное зеркало имеет точечное отверстие, через которое проходит некоторая часть рассеянного лазерного излучения, измеряемая фотоприемником и анализируемая аппаратным или программным блоком корреляции. Рассеянное лазерное излучение, не прошедшее через отверстие, отражается измерительным зеркалом в направлении телекамеры на приборах с зарядовой связью (ПЗС-телекамера). ПЗС-телекамера получает изображения в рассеянном лазерном излучении и передает полученные изображения в компьютер. Компьютер получает информацию от блока корреляции и изображения из ПЗС-телекамеры. Компьютер может анализировать выходную информацию блока корреляции (корреляционную функцию), относящуюся к измеренному рассеянному свету и положению внутри глаза, для определения возможных признаков отклонений, таких как заболевания. Компьютер может также обрабатывать информацию изображений, получаемую из ПЗС-телекамеры, для получения изображений в рассеянном свете из глаза, для передачи сигналов управления на регулируемое зеркало для компенсации движений глаза субъекта и для обеспечения направления света из нужного места глаза через отверстие измерительного зеркала. Описываемая ниже система рассеянного света является лишь примером, не ограничивающим объем изобретения, поскольку в соответствии с ним возможны и другие варианты.
Как показано на фигуре 1, система 10 с рассеянием света содержит источник 12 света, передающую линзу 14, узел 16 регулируемого зеркала, измерительное зеркало 18, ПЗС-телекамеру 20, блок 22 корреляции и компьютер 24. Источник 12 света, передающая линза 14, узел 16 зеркала, измерительное зеркало 18 и ПЗС-телекамера 20 образуют оптический блок 11. Оптический блок 11 можно перемещать как единое устройство в процессе регулирования его положения относительно глаза 26 субъекта. Система 10 обеспечивает направление пучков лазерного излучения в глаз 26 субъекта. Рассеянный свет, выходящий из глаза 26, фокусируется на измерительном зеркале 18 в том месте, которое задается узлом 16 регулируемого зеркала. Некоторая часть света, падающего на зеркало 18, проходит через точечное отверстие 38 в оптическое волокно 28, по которому свет направляется на фотоприемник 19. С выхода фотоприемника 19 сигналы могут быть переданы в блок 22 корреляции для анализа, причем корреляция может выполняться исключительно программными средствами, или же для этого используются как программные, так и аппаратные средства. Другие части рассеянного света направляются зеркалом 18 в ПЗС-телекамеру 20, и изображения, полученные в рассеянном свете, передаются в компьютер 24. Компьютер 24 может также принимать корреляционные функции и измерения интенсивности света, полученного блоком корреляции, и обрабатывать принятую информацию для выполнения диагностических тестов с целью определения вероятности заболеваний субъекта и типов заболеваний, и для управления направлением света с помощью блока 16 регулируемого зеркала для задания места в глазу 26, в котором будет измеряться интенсивность света и передаваться в блок 22 корреляции. Система 10 содержит также упоры для подбородка и лба для фиксации положения головы субъекта, чтобы зафиксировать положение глаза 26 субъекта, который будет освещаться источником 12 света, с минимальными регулировками положения источника света и/или угла (в зависимости от ситуации).
Источник 12 света может быть устроен таким образом, чтобы он обеспечивал несколько пучков лазерного излучения, направленных в глаз 26. Например, источник 12 может быть устроен таким образом, чтобы он обеспечивал остронаправленный пучок 30 лазерного излучения, проходящий в направлении глаза 26, который будет рассеивать части этого пучка 30. Остронаправленный пучок 30 излучения будет глубоко проникать в глаз 26 по прямой линии и рассеиваться в разной степени различными материалами внутри глаза 26. Источник 12 лазерного излучения может также обеспечивать веерообразный пучок 32, направленный в глаз 26. Веерообразный пучок 32 представляет собой очень тонкий плоский луч, который также глубоко проникает в глаз 26 и будет рассеиваться в разной степени различными материалами. Веерообразный пучок 32 излучения используется оператором для обеспечения юстировки устройства 11 относительно субъекта. В процессе юстировки освещение глаза осуществляется поочередно остронаправленным пучком 30 и веерообразным пучком 32, которые переключаются несколько раз в секунду. При выполнении измерений предпочтительно используется только остронаправленный пучок 30.
Длину волны пучков 30, 32 лазерного излучения предпочтительно выбирают таким образом, чтобы свет был невидимым или почти невидимым для пациента, то есть, процедура измерений не должна вызывать у него дискомфорта, который может вызывать нежелательные движения пациента. Предпочтительно длина волны обоих пучков 30, 32 лазерного излучении находится в диапазоне от 400 нм до 820 нм.
Передающая линза 14 устанавливается таким образом, чтобы ее продольная ось была перпендикулярна направлению распространения остронаправленного пучка 30 и веерообразного пучка 32. Угол между осью передающей линзы 14 и пучками 30, 32 лазерного излучения, величина которого предпочтительно составляет 90°, способствует сведению к минимуму размеров зоны приема рассеянного света, выходящего из глаза 26. Передающая линза 14 устроена таким образом, чтобы она фокусировала рассеянный свет, выходящий из глаза 26, на измерительном зеркале 18. Узел 16 регулируемого зеркала содержит зеркало 34 и двигатель 36 привода зеркала. Зеркало 34 устроено таким образом, и узел 16 установлен таким образом, что сфокусированный рассеянный свет пучков 40, 42, соответствующих пучкам 30, 32 излучения, падающий на зеркало 34 из передающей линзы 14, изменяет направление, и изображение зоны рассеяния фокусируется на измерительном зеркале 18. Зеркало 34 соединено с двигателем 36 привода, который предназначен для регулирования углового положения зеркала 34 по двум осям в соответствии с сигналами управления, формируемыми компьютером 24. Двигатель 36 обеспечивает привод зеркала 34 для направления рассеянного света, поступающего из передающей линзы 14, таким образом, чтобы свет падал на зеркало 18 в нужном относительном месте (например, чтобы нужная часть рассеянного света проходила через отверстие в зеркале 18).
Измерительное зеркало 18 устроено и расположено таким образом, чтобы оно отражало свет от узла 16 регулируемого зеркала в ПЗС-телекамеру 20. Зеркало 18 отражает рассеянный свет, поступающий от зеркала 34, таким образом, что ПЗС-телекамера 20 может принимать отраженный свет пучков 40, 42 для получения изображений в свете, рассеянном глазом 26. В центре зеркала 18 может быть выполнено отверстие 38. Это отверстие 38 предпочтительно имеет очень малый размер (например, 50 мкм в диаметре). Через это отверстие проходит рассеянный свет пучка 40, поступающий в оптическое волокно 28, Оптическое волокно 28 передает небольшую часть пучка 40, которая проходит через точечное отверстие 38, в фотоприемник 19, обеспечивающий измерение и передачу измерений в электронной форме в блок 22 корреляции.
Соединение фотоприемника 19 с измерительным зеркалом 18 осуществляется по волоконно-оптическому кабелю 28. Фотоприемник 19 обеспечивает преобразование света, принимаемого из кабеля 28 в электронные сигналы, которые направляются в блок 22 корреляции.
Блок 22 корреляции обеспечивает прием электронных сигналов из фотоприемника 19 и временной анализ флуктуации интенсивности света, проходящего через точечное отверстие 38. Блок 22 корреляции осуществляет алгоритмы автокорреляции, используя измерения интенсивности принимаемого света, для определения размеров белковых агрегатов в хрусталике глаза 26. Блок 22 корреляции подсоединен к компьютеру 24 и передает в него информацию о размере белковых агрегатов в хрусталике глаза 26.
ПЗС-телекамера 20 устроена и установлена таким образом, чтобы она принимала свет (пучки 40, 42 света), отраженный от измерительного зеркала 18. ПЗС-телекамера 20 устроена таким образом, что она фокусируется на точечном отверстии 38 и обеспечивает изображение в отраженном свете, который рассеивается глазом 26. ПЗС-телекамера 20 устроена таким образом, чтобы она обрабатывала принятый отраженный свет остронаправленного 30 и веерообразного 32 пучков света, рассеянного в глазу, для получения изображений сечения хрусталика глаза 26. ПЗС-телекамера 20 также подсоединена к компьютеру 24 и передает в него информацию, относящуюся к изображениям глаза 26 для отображения их компьютером 24.
Компьютер 24 обеспечивает прием данных от блока корреляции и от ПЗС-телекамеры 20 и соответствующую обработку этих данных для сбора необходимой информации и выполнения диагностических процедур. Компьютер 24 может обрабатывать показатели типов и размеров агрегатов, полученные из блока 22 корреляции, для определения признаков заболевания. Компьютер 24 может обрабатывать изображения глаза 26, получаемые из ПЗС-телекамеры 20, и формировать сигналы управления для узла 16 для регулирования положения зеркала 34, определяющего часть рассеянного света пучка 40, падающую на точечное отверстие 38.
Как показано на фигуре 2, компьютерная система 24 содержит процессор 82, запоминающее устройство 84, дисководы 86, дисплей 88, клавиатуру 90 и мышь 92. Процессор 82 может быть центральным процессором персонального компьютера, таким как, например, процессор компании Intel. Запоминающее устройство 84 включает устройство с произвольной выборкой (ОЗУ) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). К дисководам 86 относится дисковод жесткого диска, а также могут использоваться дисководы гибких дисков, дисковод CD-ROM-дисков и дисковод zip-дисков. Дисплей 88 представляет собой прибор на электронно-лучевой трубке, хотя могут использоваться и другие формы дисплеев, например, жидко-кристаллические дисплеи, включая дисплеи TFT-типа. Клавиатура 90 и мышь 92 представляют собой устройства ввода информации пользователем (не показан). Компоненты 82, 84, 86, 88, 90 и 92 соединены между собой по шине 94. Компьютерная система 24 может хранить, например, в запоминающем устройстве 84, коды программ, представляющие собой команды, которые могут считываться и выполняться процессором 82 для осуществления вышеописанных функций с целью получения изображений и анализа света, рассеянного глазом 26.
Как показано на фигурах 3, 4, компьютер 24 обеспечивает получение изображения 50 глаза 26 в рассеянном свете пучков 30, 32. Как можно видеть на изображении 50, свет, рассеиваемый на роговице, имеет значительную интенсивность, и этот рассеянный свет показан светльм пятном 52 на изображении 50. При дальнейшем прохождении остронаправленного пучка 30 внутрь глаза 26 свет в незначительной степени рассеивается областью 54 стекловидного тела глаза 26, которая проявляется в виде темной зоны изображения 50. Продвигаясь дальше влево по изображению 50, можно видеть значительное рассеяние света капсулой 56 хрусталика, которое определяется коллагенами типа IV капсулы, супрануклеарной областью 58 (область между корой и ядром) и ядром 60 хрусталика глаза 26. Значительное рассеяние порождает светлые части, показанные на изображении 50, что связано с увеличенной интенсивностью рассеянного света, получаемого ПЗС-телекамерой 20. Светлое пятно 53, пятно Пуркине, обусловливается светом, отраженным от роговой оболочки.
ПЗС-телекамера 20 обеспечивает получение примерно 30 изображений в секунду, однако специалисту в данной области техники будет ясно, что могут использоваться также и другие частоты кадров. Корреляционные функции получают в интервалах времени, величины которых могут изменяться от 1 мсек до 1 сек. Как правило, в каждом положении глаза 26 получают пять корреляционных функций с измерением 11, сфокусированным в заданной точке глаза. Нормальные движения глаза 26, которые происходят, например, в результате колебаний давления, связанных с биением сердца субъекта, а также в результате других факторов, приводят к тому, что глаз 26 обычно двигается в течение временного интервала получения информации, необходимой для вычисления корреляционной функции. Такие движения могут снижать эффективность получаемой информации и, соответственно, эффективность осуществляемых измерений, что приводит к ухудшению результатов диагностики. Система 10, и в частности компьютер 24, предпочтительно обеспечивает стабилизацию изображения 50 путем компенсации движений глаза 26.
При выполнении измерений предпочтительно включен только режим остронаправленного пучка 30 излучения, а также включен механизм слежения. На фигуре 4 иллюстрируется компенсация компьютером 24 движения глаза 24, вызванного различными факторами. Например, саккадические движения глаза, мигание, пульсации (например, вызванные биением сердца) или самопроизвольные движения глаза 25 могут быть скомпенсированы с помощью механизма отслеживания, содержащего сигналы управления, формируемые компьютером, и двигатель 36. Компьютер 24 может определять положение, в котором пучок 30 лазерного излучения проходит между двумя известными областями, для определения опорной точки, используемой для обнаружения определенных частей глаза 26 и регулирования положения зеркала 34 для сбора данных через точечное отверстие 38 от нужного места глаза 26. Например, компьютер 24 может определить положение передней границы 61 капсулы хрусталика, соответствующей границе раздела между капсулой 56 хрусталика и областью 54 стекловидного тела, задней границы 63 капсулы хрусталика, границы 65 раздела воздух-роговая оболочка, границы 67 раздела роговая оболочка-жидкость, границы раздела стекловидное тело-сетчатка и т.п. Для границы 61 компьютер 24 может определить положение, в котором пучок 30 лазерного излучения проходит из области 54 внутриглазной жидкости в переднюю стенку капсулы 56 хрусталика, по резкому увеличению интенсивности рассеянного света после роговой оболочки 52, если двигаться справа налево по изображению 50. Любая из вышеуказанных границ раздела может использоваться в качестве опорной точки при проведении измерений, отображении и отслеживании. Компьютер 24 помещает маркер, например, "X" 55 в положение опорной точки, возле границы 61 передней стенки капсулы хрусталика, в полученном изображении 50 для обеспечения последующего визуального подтверждения надлежащей работы системы отслеживания. Адрес контрольной точки 66 (в пикселях), соответствующей точечному отверстию 38, остается в изображении 50 одним и тем же. Заданная контрольная точка 64 захвата в глазу 26 устанавливается на экране начальных установок и определяется заданным числом пикселей, измеренных от капсулы 56 хрусталика. Зная положение (в пикселях) капсулы 56 хрусталика, заданной контрольной точки 64 и действительной контрольной точки 66, компьютер 24 может вычислить текущую ошибку между заданной контрольной точкой 64 и действительной контрольной точкой 66 и сдвинуть зеркало 34 для компенсации полученной разницы. Эта процедура может осуществляться, например, 30 раз в секунду для удерживания действительной контрольной точки 66 в заданном положении 64 в глазу 26. Компьютер 24 может определять таким образом текущее положение капсулы 56 хрусталика. Компьютер 24 может определять расстояние (в пикселях) между текущим положением капсулы 56 хрусталика и ее заданным положением на изображении 50. Вычисленное расстояние может быть, например, расстоянием по горизонтали между текущим положением глаза 26 и его заданным положением относительно поля зрения ПЗС-телекамеры 20 и, соответственно, изображения 50. Компьютер 24 может передавать сигналы управления в узел 16, в результате чего двигатель 36 будет перемещать зеркало 34 таким образом, чтобы действительное горизонтальное положение глаза 26 на изображении соответствовало заданному горизонтальному положению глаза 26. Компьютер 24 непрерывно осуществляет эти регулировки в процессе измерений глаза 26. Кроме того, компьютер 24 может определять относительное расстояние по вертикали между текущим положением глаза 26 и его заданным положением и передавать сигналы управления в двигатель 36, в результате чего двигатель 36 перемещает зеркало 34 для компенсации вертикальных перемещений глаза 26. Компьютер 24 может анализировать информацию, полученную на протяжении некоторого времени, и определять, какую информацию следует отбросить, поскольку в этот момент глаз 26 двигался или моргнул. Компьютер 24 может сохранять информацию, полученную в моменты времени, когда глаз 26 не двигался и не моргал (или же его движение было в достаточной степени скомпенсировано), и отбрасывать информацию, полученную в те интервалы времени, когда глаз двигался или моргнул (движение глаза не было в достаточной степени скомпенсировано). В качестве процедуры начальной юстировки компьютер 24 может также обеспечивать наложение эллипса 68 на изображение 50 при включенных пучках 30, 32 лазерного излучения. Эллипс 68 предпочтительно имеет такие размеры и расположен таким образом, чтобы он совпадал со зрачком 70 глаза 26. Размер эллипса 68 может быть задан вручную оператором в компьютере 24 с помощью клавиатуры 90 или мыши 92, Оператор может использовать изображение 50 для задания границ между различными областями хрусталика (кортекс 57, супрануклеарная область 58, ядро 60) и получения данных, собранных в каждой области. Оператор может задать введение или наложение эллипса 68 и перемещение изображения 50 глаза 26 путем перемещения оптического блока 11 относительно субъекта. Если оптический блок 11 расположен таким образом, что эллипс 68 совпадает со зрачком 70 глаза 26, и субъект фиксируется на мишени (не показана), то пучок 30 лазерного излучения будет проходить по одной и той же траектории в хрусталике глаза 26, и измерения могут быть выполнены в положении, которое может быть воспроизведено в следующей серии измерений. Оператор может задать размер эллипса 68, например, путем задания формы эллипса 68 и коррекции с помощью курсора его размеров по осям координат. Используя указанную операцию коррекции, можно анализировать состояние одного и того же субъекта перед выполнением различных процедур и после них, таких как, например, операции на глазе 26 или введение лекарственных средств, для оценки успешности таких процедур.
Компьютер 24 также может обеспечивать разделение изображения 50 глаза на различные области. Как показано на фигуре 3, компьютер 24 может анализировать интенсивность изображения 50 и разделять его на область кортекса 54, супрануклеарную область 58 и область ядра 60 глаза 26. Компьютер 24 может использовать сегментацию изображения 50 глаза для управления узлом 16 с целью определения положения области 64 измерений. Например, компьютер 24 может специально задавать измерение интенсивности света, рассеянного супрануклеарной областью 58 или областью ядра 60 хрусталика. В частности, компьютер 24 может задавать измерения с использованием области 64 измерений, например, на четырех разных глубинах внутри глаза 26 относительно роговой оболочки 52. Система 10 может использоваться для выполнения сканирования при квазиупругом рассеянии света (КРС) или других видов сканирования на одной платформе/устройстве. Например, может быть введено средство проявления изображений, которое будет связываться с определенными типами образований или прикрепляться к ним, например, к агрегатам, являющимся признаками заболевания, и будет реагировать на свет таким образом, что это может быть четко обнаружено. Предпочтительно выбирается средство проявления изображений, которое флуоресцирует под действием падающего света, и в этом случае сканирование можно назвать сканированием флуоресцентного лиганда (СФЛ). Средство проявления изображений может быть введено в глаз различными способами, например, с использованием глазных капель, кремов, лосьонов, бальзамов и т.д. Длина волны света, излучаемого источником 12, и характеристики поляризации должны соответствовать конкретному средству проявления изображений. Например, если в качестве такого средства используется флуорофор, то длина волны предпочтительно выбирается равной пику спектра поглощения этого средства. Источник 12 света может быть настроена длину волны света, на которую будет реагировать средство проявления изображения, и часть полученного изображения, которая проходит через точечное отверстие 38, может анализироваться компьютером, так что может быть определено присутствие агрегатов, а также их качественные характеристики. Средство проявления изображений может иметь различные формы и может быть хромофором (то есть, колориметрическим в видимой части спектра), флуорофором (например, флуоресцентным зондом), которое будет флуоресцировать под действием света, или другим материалом, который явно реагирует на видимый или невидимый (например, инфракрасный) свет, и эта реакция легко может быть обнаружена. Такая явная реакция не должна быть исключительной, но она должна отличаться (например, по длине волны и/или по степени реакции) от реакций, если таковые имеются других материалов, присутствующих в зоне измерений. Флуоресцентные средства предпочтительно должны излучать на длинах волн, отличных от длин волн других материалов в глазу 26, и/или интенсивность их излучения должна быть больше, чем у этих других материалов. Примеры флуорофоров приведены в патенте US 6849249, полное содержание которого вводится ссылкой в настоящую заявку, и включают хризамин или производные хризамина такие как {(транс, транс)-1-бром-2,5-бис-(3-гидроксикарбонил-4-гидрокси)стирибензен} (BSB). Система 10 может также использовать одну и ту же телекамеру 20 для выполнения измерений с квазиупругим сканированием светом (КРС-измерения) и сканированием флуоросцентного лиганда (СФЛ-измерения). Система 10 может выполнять оптическое разделение на области с использованием СФЛ и веерообразного пучка 32 для обеспечения отображения глаза 26 (например, разделение глаза 26 на области). Свет, рассеянный от двух пучков 30, 32 может быть совмещен на изображении 50. Кроме того, компьютер 24 может использовать СФЛ-измерения для подтверждения результатов КРС-измерений, и/или КРС-измерения могут использоваться для подтверждения СФЛ-измерений и диагностического заключения.
Таким образом, система 10 может использоваться для целей диагностики путем контакта офтальмологической ткани млекопитающего, например, человека, с обнаруживаемым маркирующим материалом, который связывается с амилоидным белком или с агрегатом амилоидного белка. Этот материал предпочтительно связывается с амилоидными белками и не связывается с другими белками, содержащими бета-ленты. Предпочтительно обнаруживаемый маркирующий материал содержит флуоресцентный зонд. Например, флуоресцентным зондом или флуорофором является хризамин или производные хризамина, такие как {(транс, транс)- 1-бром-2,5-бис-(3-гидроксикарбонил-4-гидрокси)стирибензен} (BSB). В технике известен хризамин G и его производные (см., например, патенты US 6133259, US 6168776 и US 6114175). Эти соединения связываются с пептидами Ар, однако они не флуоресцентны. В различных способах диагностики для обнаружения пептидов Ар в глазу используется сильнолипофильное флуоресцентное производное хризамина G, связывающееся с амилоидным белком. Также могут использоваться биологически доступные формы липофильных флуоресцентных зондов. Такие флуорофоры и зонды предлагаются на рынке, например, компанией Molecular Probes, Inc., г.Юджин, штат Орегон. Некоторые красящие вещества, например, Х-34 или (Styren и др., 2000, J. Histochem. 48:1223-1232; Link и др., 2001, Neurobiol. Aging 22: 217-226; и Skrovonsky и др., 2000, Proc. NatL, Acad. Sci. U.S.A. 97: 7609-7614) использовались для анализа тканей мозга (но не тканей глаза). Эти зонды излучают свет в диапазоне синего и зеленого цветов, и при этом уровень флуоресценции, который имеет отношение к диагностике, превышает уровень естественной флуоресценции хрусталика глаза человека в этом диапазоне. Другие полезные соединения включают обнаруживаемый метоксильный агент, такой как Ме-Х04 (1,4-бис (4'-гидроксистирол)-2-метоксибензол). Другие метоксильные агенты включают, например, хризамин или производные хризамина, такие как, например,. Такие соединения описаны в публикации Mathis и др., Curr. Pharm. Des., том 10(13): 1469-93 (2004); патенты US 6417178, 6168776, 6133259 и 6114175, полное содержание которых вводится ссылкой в настоящую заявку.
Также могут использоваться неспецифические амилоидофильные зонды, такие как тиофлавин Т, тиофлавин S или краситель конго красный.
Система 10, и в частности компьютер 24, может обеспечивать фотографии результатов измерений. Компьютер 24 может обеспечивать для каждого полученного СФЛ-показателя указание того, из какого места на изображении 50 пришел рассеянный свет, который анализируется для определения СФЛ-показателя. Таким образом, компьютер 24 может задокументировать область, из которой пришли различные результаты СФЛ-измерений. Затем можно использовать СФЛ-показатель и соответствующую интересующую область для определения того, связан ли СФЛ-показатель с определенным заболеванием или определяется другой причиной. Характеристики или СФЛ-показатели, указывающие агрегаты в некоторой области глаза 26, могут указывать на заболевание или на другое отклонение, в то время как такой же СФЛ-показатель для другой области глаза 26 может указывать на здоровое состояние. Поэтому компьютер 24 предпочтительно связывает измеренные СФЛ-показатели с соответствующими областями внутри глаза 26, для которых были выполнены измерения для получения СФЛ-показателя.
Кроме того, компьютер 24 может быть настроен таким образом, чтобы он анализировал различные части глаза 26 для определения расстояний между пиками интенсивности на изображении 50. Например, пики интенсивности могут использоваться для определения глубины глаза 26, например, для выбора внутриглазного импланта, в частности для определения размеров искусственного хрусталика, который должен имплантироваться в глаз 26 субъекта. Таким образом, система 10 может использоваться для неинвазивного определения подходящего внутриглазного импланта. Система 10 может также использоваться для определения глубины передней камеры глаза, толщины роговой оболочки, толщины хрусталика, и других параметров.
На фигуре 5 со ссылками на фигуры 1 - 3 показаны стадии способа 110 измерения и анализа объектов внутри глаза 26 субъекта с использованием системы 10. Способ 110 может использоваться для выполнения СФЛ- и/или КРС-измерений с помощью системы 10. Однако способ 110 описывается лишь в качестве примера и никоим образом не ограничивает объем изобретения. Способ 110 может быть модифицирован, например, путем добавления или исключения стадий, а также путем изменения очередности их выполнения.
На стадии 112 источник 12 лазерного излучения направляет пучки 30, 32 лазерного излучения в глаз 26 субъекта. Пучок 32 представляет собой плоский луч лазерного излучения, позволяющий получить изображение сечения глаза 26. Веерообразный пучок 32 будет обеспечивать формирование изображение 50 сечения глаза, в то время как остронаправленный пучок 30 обеспечивает сфокусированный свет для анализа различных областей глаза с целью получения отличительных характеристик, таких как агрегаты.
На стадии 114 получают изображение в свете пучков 30, 32, рассеянном глазом. Свет, рассеянный глазом 26, собирается предпочтительно под углом 90° относительно направления распространения падающих на глаз пучков. Свет, рассеянный глазом 26, фокусируется линзой 14 на измерительном зеркале 18. Измерительное зеркало 18 отражает рассеянный свет в телекамеру 20, которая обрабатывает принятый свет для формирования изображения 50 сечения глаза 26. Изображение 50 представляет собой сечение глаза 26 с наложением рассеянного света пучка 30. Изображение 50 сечения глаза предпочтительно содержит передний сегмент глаза 26, включая роговую оболочку, хрусталик и часть ядра глаза 26. Информация изображения передается из телекамеры 20 в компьютер 24 для отображения на мониторе 88 компьютера.
На стадии 116 на изображение 50 глаза 26 накладывается эллипс 68. Оптический блок 11 может быть установлен вручную в нужное положение оператором системы 10, который может также выбрать размеры эллипса 68. Например, размеры эллипса 68 выбирают таким образом, и оптический блок 11 устанавливают в такое положение, чтобы эллипс соответствовал зрачку глаза 26. Эллипс 68 может неоднократно накладываться на изображение глаза 26, так что способ 110 может осуществляться повторно в различные моменты времени для одного и того же глаза 26, в результате чего будет обеспечиваться единообразное измерение глаза 26, так что могут быть получены надежные результаты измерений для одной и той же области глаза 26 с целью отслеживания происходящих в нем изменений во времени.
На стадии 118 идентифицируются различные области глаза 26. Это может быть выполнено вручную оператором с помощью устройств ввода информации в компьютер 24, таких как клавиатура 90 и/или мышь 92, или компьютером 24 в автоматическом режиме. В последнем случае компьютер 24 анализирует распределение интенсивностей изображения 50 и идентифицирует различные области глаза 26, исходя из известных особенностей распределения интенсивностей изображений глаза. Компьютер 24 идентифицирует роговую оболочку 52 путем продвижения по направлению распространения пучка 30 и нахождения на изображении 50 протяженной области изображения с высокой интенсивностью, идентифицирует капсулу 56 хрусталика путем продвижения в направлении внутренней части глаза 26 в изображении 50 и нахождения следующего места, в котором интенсивность изображения достаточно высока после протяженной области низкой интенсивности. Затем компьютер 24 разделяет изображение 50 на части, идентифицируя области кортекса 57, супрануклеарной области 58 и ядра 60 путем анализа абсолютных и/или относительных уровней интенсивности рассеянного света пучка 32 вдоль линии 62. Компьютер 24 записывает значения расстояний между роговой оболочкой 56 и различными областями внутри глаза 26, например, в форме числа пикселей между различными объектами и областями глаза 26.
На стадии 120 рассеянный свет пучка 30 направляется в точечное отверстие 38 измерительного зеркала 18 для выполнения измерений в заданных областях глаза 26. Компьютер 24 передает сигналы управления в двигатель 36 для регулируемого перемещения зеркала 34 с целью направления рассеянного света пучка 30 из заданной области глаза 26 в точечное отверстие 38, Компьютер 24 задает область глаза 26, в которой необходимо выполнить измерения. Компьютер 24 передает сигналы управления в двигатель 36 для управления зеркалом 34 по двум осям, так чтобы область 66 измерений, соответствующая точечному отверстию 38, была расположена в заданной области 64 измерений. Компьютер 24 может установить область 64 измерений возле группы заданных областей внутри глаза 26, например, возле четырех областей, соответствующих разным областям глаза, одно измерение в кортексе, два измерения внутри супрануклеарной области и одно измерение внутри ядра. Могут использоваться и другие количества измерений и/или областей или распределения измерений внутри областей. Кроме того, компьютер 24 может установить область 64 измерений в определенной области или в определенном месте для измерения характеристик глаза 26 в этом месте, например, для диагностики определенных отклонений. Например, область 64 измерений может быть установлена в супрануклеарной области для определения характеристик агрегатов, соответствующих болезни Альцгеймера, других нейродегенеративных заболеваний, трансмиссивной губчатой энцефалопатии и др. Рассеянный свет, полученный из области измерений, соответствующей точечному отверстию 38, собирается и передается по волоконно-оптическому кабелю 28 в фотоприемник 19, и выходной сигнал фотоприемника передается в блок 22 корреляции. Блок 22 корреляции вычисляет корреляционные функции для анализа изменений во времени интенсивности полученного света и передает результаты такого анализа в компьютер 24 для обнаружения отклонении внутри глаза 26.
На стадии 122, выполняемой в процессе осуществления стадии 120, система 10 обеспечивает компенсацию движений глаза 26. Компьютер 24 анализирует изображение 50 для определения местонахождения заданной части глаза 26, например, капсулы хрусталика, относительно заданного положения капсулы 56, и передает сигналы управления в двигатель 26 для изменения угла поворота зеркала 34 с целью компенсации движений глаза 26. Таким образом, система 10 может обеспечить сравнительно устойчивое изображение глаза 26 и выполнять измерения в сравнительно устойчивой области внутри глаза 26, так что измеренная интенсивность света будет давать довольно точное представление о наличии или отсутствии агрегатов и об их типе внутри заданной области глаза 26.
На стадии 124 компьютер 24 анализирует результаты измерений, полученные из блока 22 корреляции, для выполнения диагностики. Компьютер 24 анализирует данные, полученные из блока 22 корреляции, учитывая при этом известное положение областей 64 измерений внутри глаза 26. Используя указанную информацию, компьютер 24 может определить наличие и тип агрегатов или других объектов внутри глаза 26 и обеспечить информацию пользователю, например, на дисплее 88 компьютера, о наличии, отсутствии и/или о типе объекта внутри глаза 26.
На фигуре 6 со ссылками на фигуры 1-3 показаны стадии способа 150 выполнения СФЛ-измерений внутри глаза 26 субъекта. Однако способ 150 описывается лишь в качестве примера и никоим образом не ограничивает объем изобретения. Способ 150 может быть модифицирован, например, путем добавления или исключения стадий, или изменения очередности их выполнения. Например, стадия 152 может быть исключена, а стадия 156 может быть модифицирована для исключения сравнения измеренной величины интенсивности с ранее измеренной интенсивностью. Кроме того, хотя ниже рассматривается измерение флуоресценции, возникающей под действием света, способ 150 может быть модифицирован для использования других форм энергии и/или измерения других характеристик, как было указано выше.
На стадии 152 осуществляют освещение глаза 26 и измерение излучения флуоресценции. Глаз 26 освещают источником света, и флуоресценцию, излучаемую из глаза 26 под действием падающего света, измеряют и записывают. Осуществляют корреляцию и запись величин излучаемой флуоресценции и места нахождения излучения.
На стадии 154 в глаз 26 вводят средство проявления изображений. Используется такое средство проявления изображений, которое прикрепляется к интересующим материалам/объектам, которые могут присутствовать в глазе 26, и флуоресцирует под действием света источника. Средство проявления изображений может быть введено самыми разными способами, например, закапыванием в глаз 26, внутривенно и т.п.
На стадии 156 глаз 26 освещают светом источника и измеряют флуоресценцию, излучаемую из глаза 26. Осуществляют корреляцию и запись величин излучаемой флуоресценции и точек, в которых измеряется излучение, и сравнивают с величинами, записанными на стадии 152, с величинами, измеренными в тех же точках на стадиях 152 и 156. Сравнение включает анализ разностей величин и определение наличия интересующего материала/объектов, а также количество такого материала/объектов, если они имеются в глазу 26. Могут быть сделаны выводы, связанные с наличием и/или с количеством интересующего материала/объектов, такие как выводы о медицинском состоянии субъекта, например, о наличии болезни и/или о ее стадии, такой как болезнь Альцгеймера.
Некоторые варианты системы 10 могут объединять технологии КРС- и СФЛ-измерений для обеспечения неинвазивного определения заданных биологических материалов (например, одного или нескольких белков) в глазу, чтобы проверить и измерить отложения в определенных областях хрусталика для раннего обнаружения заболеваний (например, болезни Альцгеймера). Например, система может использоваться как вспомогательное средство в диагностике (например, при массовых обследованиях) болезни Альцгеймера путем количественного определения β-амилоидных агрегатов в супрануклеарной области хрусталика. Для этой цели КРС-измерения обеспечивают количественную оценку относительного количества материала и/или объектов в глазу, а СФЛ-измерения обеспечивают визуальную идентификацию мест расположения в глазу такого материала и/или объектов.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения КРС- и СФЛ-измерения могут быть выполнены в одной и той же анатомической области глаза. Задав опорную точку на изображении сечения глаза, можно установить гальванометр (например, с использованием программных средств) для лазера с длиной волны 780 нм, и шаговый двигатель может быть установлен для лазера с длиной волны 405 нм для получения данных в анатомической зоне, заданной оператором. Такая зона может быть определена, как область размерами 200 мкм, окружающая выбранную опорную точку.
На фигуре 7 со ссылками на фигуры 8-10 показаны стадии способа 151 измерения и анализа объектов внутри глаза 26 субъекта с использованием системы 10. Способ 151 осуществляют с помощью системы 10, используя технологии КРС- и СФЛ-измерений. Однако способ 151 описывается лишь в качестве примера и никоим образом не ограничивает объем изобретения. Способ 151 может быть модифицирован, например, путем добавления или исключения стадий, или изменения очередности их выполнения.
На стадии 153 оператор может задать анатомическую область (например, с использованием клавиатуры 90 или мыши 92) глаза 26, в которой должны выполняться измерения, на виде спереди и/или на виде сечения, отображаемых на экране дисплея, как показано на фигуре 9. Анатомическая область может быть обозначена. На стадии 155 начинается получений измерений и их анализ. Местонахождение анатомической области может быть записано (например, путем обработки программными средствами), чтобы проставить отметку (например, наложением отметки) на всех видах сечения в заданном местонахождении. На изображения видов спереди может быть наложен круг (например, средствами программного управления), размер которого близок размеру зрачка в центре изображения. В некоторых вариантах системы может осуществляться получение данных с частотой 60 мсек для КРС- и/или СФЛ-измерения в каждом цикле измерений, как показано на фигуре 8. В автоматическом режиме может выполняться до 10 последовательных измерений без коррекции положения субъекта. Таким образом, может получить несколько наборов данных без необходимости повторного тестирования субъекта даже в том случае, когда один или несколько наборов данных испорчены из-за движения субъекта. Выбор приемлемых тестов может осуществляться вручную оператором до принятия набора данных или компьютером в автоматическом режиме.
D-QLS
D-FLS
На стадии 157 система 10 обеспечивает отчет о результатах КРС- и СФЛ-измерений. Некоторые варианты осуществления изобретения могут содержать программное обеспечение, формирующее ряд отчетов, распечатываемых или выводимых на дисплей, по каждому измерению для просмотра оператором. Отчет может содержать одну или несколько установок тестирования, изображения, связанные с каждым измерением, которые определяют и характеризуют местонахождение собранных данных, среднюю величину (I) интенсивности в КРС-измерениях, среднюю величину (I) интенсивности в СФЛ-измерениях для каждого набора данных, автокорреляционные функции, выводимые в графической форме для КРС- и СФЛ-измерений для принятия решения о принятии или отклонении набора данных, и параметры аппроксимирующей кривой, представляющей собой экспоненциальную аппроксимацию автокорреляционных данных, которая в некоторых вариантах не используется в анализе данных.
Что касается КРС-измерений, то измерения величин интенсивностей света могут выполняться путем получения величин интенсивностей света из фотоприемника 19 с малыми временными интервалами, например, 60 мсек и менее. Снимая величины интенсивности света с фотоприемника 19 через малые интервалы времени, можно вычислить (например, используя программное обеспечение) автокорреляционную функцию величины интенсивности по времени. Автокорреляционная функция может затем использоваться для вычисления сравнительных размеров частиц, имеющихся в жидкой матрице. В некоторых вариантах автокорреляционная функция может использоваться для оценки качества КРС-измерений, поскольку автокорреляционная функция чувствительна к различным помехам, таким как, например, движение субъекта.
D-QLS
Norm
D-QLS-SN
D-QLS-N
Может быть определена (например, программными средствами) средняя величина интенсивности за время измерений (в отсчетах в секунду). В некоторых вариантах такие измерения могут анализироваться по отдельности в формате электронных таблиц. В других вариантах первичным параметром КРС-измерений, используемым для анализа, является величина интенсивности (I) в фотонах в секунду света, поступающего в фотоприемник 19, установленный под определенным углом к источнику освещения (например, к источнику 12 света). Длина волны излучения может быть равна, например, 785 нм, и угол падения света на фотоприемник может составлять 90 градусов относительно линии распространения света источника излучения. Измерения могут выполняться в супрануклеарной области и в ядре хрусталика глаза 26. Ядро хрусталика не содержит β-амилоидный белок и поэтому используется в качестве средства внутреннего контроля. Для статистического анализа используется отношение (QLS) средней величины интенсивности (I) рассеянного света в супрануклеарной области глаза и средней величины интенсивности (I) рассеянного света в ядре глаза:
Norm
В некоторых вариантах величина QLS может напрямую коррелировать со стадией заболевания и будет увеличиваться по мере развития клинических признаков заболевания (то есть, увеличение количества агрегатов материала и/или объектов в глазу). То есть, если величины интенсивности рассеянного света со временем увеличиваются, то может быть сделан предположительный прогноз, дающий возможность врачам отслеживать развитие заболевания пациента путем измерения уровней интенсивности света, отраженного глазом. Кроме того, увеличение уровня интенсивности рассеянного света может также обеспечивать возможность для лечащих врачей и/или исследователей контролировать эффективность лекарственных средств против заболевания в клинических испытаниях.
Что касается СФЛ-измерений, то они могут выполняться путем получения отсчетов фотонов у пика флуоресцентного излучения и исключения других длин волн, с использованием, например, полосовой фильтрации. Примеры соединений, подходящих для связывания (3-амилоидных белков, включают без ограничения Methoxy-X04 и Methoxy Х-34, пики поглощения которых находятся в диапазоне 480-520 нм. Получая величины интенсивностей света из фотоприемника 19 с достаточно большой частотой, система 10 обеспечивает возможность вычисления автокорреляционной функции величины интенсивности флуоресценции по времени.
D-FLS
D-FLS-SN
D-FLS-N
Оператору может быть представлена средняя величина интенсивности флуоресценции за время измерений в отсчетах в секунду, либо на экране дисплея, либо в распечатанном документе. Измерения также могут анализироваться раздельно в формате электронных таблиц. В других вариантах первичным параметром СФЛ-измерений, используемым для анализа, является величина интенсивности (I) в фотонах в секунду света, поступающего в фотоприемник 19, установленный с общей фокусной точкой с источником освещения (например, с источником 12 света). Длина волны света может находиться в диапазоне 480-520 нм. Измерения могут выполняться в супрануклеарной области и в ядре хрусталика глаза 26. Ядро хрусталика не содержит (3-амилоидный белок и поэтому используется в качестве средства внутреннего контроля. Поэтому для статистического анализа может использоваться отношение (FLSNorm) средней величины интенсивности (I) флуоресценции из супрануклеарной области глаза и средней величины интенсивности I) флуоресценции из ядра глаза:
Norm
В некоторых вариантах величина FLS может напрямую коррелировать со стадией заболевания и будет увеличиваться по мере развития клинических признаков заболевания (то есть, увеличение количества агрегатов материала и/или объектов в глазу). Иначе говоря, если флуоресценция со временем увеличивается, то может быть сделан предположительный диагноз, дающий возможность врачам отслеживать развитие заболевания у пациента путем измерения уровней флуоресценции. Кроме того, увеличение флуоресценции может также обеспечивать возможность для лечащих врачей и/или исследователей контролировать эффективность лекарственных средств против заболевания в клинических испытаниях.
DIFF
Дополнительные варианты осуществления изобретения могут включать определение разности между измеренной интенсивностью флуоресценции до введения в глаз 26 средства проявления изображений (например, лиганда). Более конкретно, глаз 26 можно сначала осветить источником света, и величину интенсивности флуоресценции, излучаемой из глаза 26 под действием освещающего света, можно измерить и записать. В глаз 26 может быть введено средство проявления изображений, связывающееся с интересующими материалами и/или объектами, которые могут присутствовать в глазу 26, и флуоресцирующее под действием освещающего света. Одной из зон глаза, в которую может быть введено средство проявления изображений, является супрануклеарная область хрусталика глаза 26. Когда глаз 26 освещают источником света, величину интенсивности () флуоресценции, излучаемой из глаза 26 под действием освещающего света, можно измерить и записать. Поэтому в некоторых вариантах для статистического анализа может использоваться разность (I) между вышеуказанными величинами интенсивностей:
В некоторых вариантах величина может быть измерением или величиной интенсивности флуоресценции, излучаемой из глаза 26 в течение 24 часов после вымывания связывающегося средства. Кроме того, в некоторых вариантах измерения могут осуществляться в супрануклеарной области хрусталика глаза.
x
Norm
Norm
В некоторых вариантах могут использоваться дополнительные показатели для оценки точности и полезности КРС- и СФЛ-измерений в качестве показателей биологического материала, например, β-амилоидного белка, накапливающегося в глазу, В одном из вариантов может использоваться комбинированный показатель, связывающий КРС- и СФЛ-показатели. Такой анализ может использоваться для разрешения проблемы ложных положительных или противоречащих результатов. Такой подход позволяет использовать возможности обеспечения КРС более чувствительных показателей развития болезни (однако тип болезни при этом не определяется) и возможности обеспечения СФЛ более чувствительного показателя для определения наличия или отсутствия β-амилоидного белка (селективный маркер болезни Альцгеймера). Комбинированный показатель N может вычисляться как произведение QLS и FLS:
-kt
В некоторых вариантах могут использоваться алгоритмы линейной и мульти-тау автокорреляции для графического отображения данных на заданном интервале времени для интерпретации оператором "качества" измерений. Ранее проводимые клинические исследования возможностей КРС-измерений показали, что корреляционная функция обеспечивает при получении данных высокую чувствительность в выявлении артефактов, связанных с движением. Может использоваться аппроксимирующая кривая в выбранных оператором "быстрой" и "медленной" частях корреляционной функции, которая описывается уравнением y(t)=Ie (например, с использованием программного обеспечения), где I - это средняя величина интенсивности (амплитуда), и k - постоянная времени спада (гамма). Этот анализ может быть полезен при определении стадии болезни.
Более того, в некоторых вариантах каждое измерение может содержать до 10 групп КРС- и СФЛ-измерений с интервалом 60 мсек (в целом 120 мсек измерений на одну группу). Каждая группа измерений может быть разделена получением изображения в течение 30 мс для определения места выполнения измерения. Комбинация изображений и измерений может определять каждый тест. Тесты, включая средние величины, автокорреляционные функции и изображения, могут быть представлены оператору для анализа и оценки. Может быть предусмотрено, что в результате измерения получают по меньшей мере пять подходящих показателей, которые включают в набор данных.
Norm
x
В некоторых вариантах динамика измерений в начальном экспериментальном исследовании может быть представлена в форме диаграммы разброса, где по оси Х откладывается время, и по оси Y откладываются величины средней интенсивности. Кроме того, будут представляться отчеты о среднем и стандартном отклонениях для каждого субъекта и групп в каждой точке времени. В качестве оптимального времени выполнения измерений после введения средства проявления изображений может быть выбрано время, которое обеспечивает наибольшее разграничение по величинам FLS и N между группами нормальных и больных субъектов. Это время может быть использовано затем в последующих исследованиях для стандартизации методик тестирования.
В некоторых вариантах каждый субъект может быть протестирован путем выполнения КРС- и СФЛ-измерений без применения средства проявления изображений. Эти данные могут быть использованы в качестве контрольных для сравнения с КРС-измерениями, выполненными после введения средства проявления изображений. Предполагается, что средство проявления изображений не влияет на КРС-измерения, которые должны оставаться неизменными в течение всего времени выполнения измерений для каждого субъекта, независимо от состояния этого средства. Средние величины по субъектам могут быть оценены с использованием непараметрических тестов Вилкоксона, позволяющих оценить эти данные для разностей КРС-показателей с использованием и без использования средства проявления изображений.
Система 10 может широко применяться для самых различных диагностических целей. Например, система 10 может быть использована, как указано выше, чтобы измерять агрегаты для диагностики различных видов заболеваний или других видов отклонений в субъекте.
Система 10 также может быть использована для определения глубины глаза субъекта с целью выбора размера внутриглазного импланта, например, искусственного хрусталика, который должен вводиться в глаз субъекта.
Кроме того, система 10 может также использоваться для выполнения СФЛ- и/или КРС-измерений без использования анестезии. Использование анестезии на животных исключает возможность выполнения КРС-измерений из-за гипогидратации глаза животного при анестезии. Однако система 10 позволяет выполнять КРС-измерения без применения анестезии, в результате чего повышается качество измерений и улучшаются диагностические результаты, полученные на основе таких измерений.
В некоторых вариантах осуществления изобретения могут использоваться другие источники света, отличные от лазерного источника 12. Например, может использоваться источник света с широким спектром излучения, имеющий практически круговую диаграмму направленности (например, лампа накаливания), и/или создающий веерообразный пучок излучения, и/или остронаправленный пучок излучения. Может использоваться один источник света, обеспечивающий определенную диаграмму направленности, или несколько источников для получения комбинации их диаграмм направленности. Кроме того, один или несколько источников энергии, излучающих за пределами оптического спектра, могут использоваться в сочетании со средством проявления изображений, которое реагирует на энергию этих источников. Например, может использоваться средство проявления изображений, которое реагирует на СВЧ-излучение, радиочастотное излучение, магнитное поле и т.п. Кроме того, один или несколько источников энергии, которые обеспечивают излучение энергии в оптическом диапазоне или за пределами этого диапазона, могут использоваться в сочетании с одним или несколькими средствами проявления изображений, которые реагируют на соответствующие формы энергии. Хотя при использовании таких технологий средства проявления изображений необязательно флуоресцируют, такие технологии могут рассматриваться как часть технологии СФЛ.
На фигуре 11 показана система 160 Шеймпфлюга освещения и получения изображений в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, которая может содержать одну или несколько следующих частей (предпочтительно все):
источник 162 света, оптическая сканирующая система 164, два плоских объектива 166 и 170, дихроический расщепитель луча 172, два зеркала 174 и 176 с щелью, два фотоприемника 178 и 180, две ПЗС-телекамеры 182 и 184, блок 186 автокорреляции, компьютер 188 с монитором, а также офтальмоскоп 190. Система 160 Шеймпфлюга освещения и получения изображений может перемещаться как единое устройство для выравнивания (юстировки) системы относительно глаза пациента с офтальмоскопом 190. Система 160 обеспечивает направление пучков лазерного света в глаз 168 субъекта, и рассеянный свет, выходящий из глаза 168, фокусируется на зеркалах 174, 176 с щелью с помощью второго объектива 170 и дихроического расщепителя 172 пучка. Некоторая часть света, падающая на каждое зеркало 174, 176, может проходить через щель в каждом зеркале в направлении КРС- и СФЛ-фотоприемников 180, 178, соответственно.
По меньшей мере один из фотоприемников 178, 180 (предпочтительно оба) могут передавать данные в блок 186 автокорреляции для анализа. Другие части рассеянного света могут быть направлены зеркалами 174, 176 в ПЗС-телекамеры 182, 184, соответственно, и изображения, полученные в рассеянном свете и в излучении флуоресценции, могут быть переданы в компьютер 188. Компьютер 188 может также принимать корреляционные функции и измеренные величины интенсивностей света, получаемые блоком корреляции, и обрабатывать корреляционные функции и измеренные величины интенсивностей для выполнения диагностических тестов с целью определения вероятности заболевания в субъекте и вид заболевания. Система управления компьютера обеспечивает контроль нескольких, и предпочтительно всех параметров системы, с использованием специализированного графического интерфейса пользователя. Программное обеспечение может осуществлять сбор изображений и записывать их в файлы для анализа (файлы могут анализироваться, как уже было описано). Офтальмоскоп 190 может иметь стандартную головку и упор для подбородка человека. Вся оптическая платформа устанавливается относительно глаза 168, например, с помощью ручки управления (джойстика). Диапазон перемещения должен быть достаточным для выполнения измерений в любой точке передних сегментов обоих глаз. Могут использоваться специализированные держатели, которые подгоняются или заменяют упоры для лба и подбородка в различных исследованиях животных: приматов и грызунов.
Источник 162 света может обеспечивать пучок поляризованного лазерного света, который предпочтительно фокусируется через группу линз и проходит далее через оптическую сканирующую систему 164, формирующую вертикальный веерообразный пучок света. Специалистам в данной области техники будет ясно, что в оптической сканирующей системе 164 может использоваться один из известных способов для линейного качания (налево и направо по странице) излучаемого света в плоскости объекта первого плоского объектива 166.
Первый плоский объектив 166, который может содержать несколько линз, предпочтительно может наклоняться на угол, величина которого определяется правилом Шеймпфлюга, для создания виртуальной плоскости изображения, которая формирует вертикальную плоскость сечения 169 через передний сегмент глаза 168 пациента. Угол падения света предпочтительно составляет 45 градусов к направлению линии взгляда пациента. Оптическая сканирующая система 164 используется для развертки вертикального веерообразного пучка по переднему сегменту глаза 168. Угол схождения пучка должен быть достаточно острым, так чтобы угол расхождения также был острым. Такая конфигурация системы не только обеспечивает тонкую фокальную область в плоскости 169 сечения, но при этом также свет, выходящий из задней части хрусталика будет иметь аналогичное расхождение и низкую энергию, когда он падает на сетчатку глаза.
Сканирующая система 164 предпочтительно используется для поперечной развертки пучка света на 10 мм (один из вариантов) в переднем сегменте глаза 168, причем эта величина может составлять 1-2 мм (один из вариантов) перед роговой оболочкой. Конкретные размеры приводятся для рассматриваемого варианта лишь в качестве примера и никоим образом не ограничивают объем изобретения. Может использоваться время цикла развертки через глаз вертикального веерообразного пучка света, находящееся в диапазоне 16-33 мсек (один из вариантов). Сфокусированный вертикальный веерообразный пучок света может иметь размеры порядка 50 мкм×10 мм (ширина на длину) в плоскости 169 изображения. Мощность излучения выбирается таким образом, чтобы оно было безопасным для глаза. Для обеспечения безопасности может использоваться контроль мощности в режиме реального времени,
Второй плоский объектив 170 может быть устроен и/или расположен таким образом, чтобы он создавал изображение в рассеянном свете под углом, например, 45 градусов к направлению линии взгляда и 90 градусов относительно освещающего вертикального веерообразного луча света, сканирующего плоскость 169 сечения передней части глаза. Второй плоский объектив 170, который может содержать несколько линз, может наклоняться на угол, величина которого определяется правилом Шеймпфлюга, для создания резко сфокусированной плоскости объекта, которая предпочтительно совпадает с плоскостью 169 изображения освещения глаза 168 пациента.
Дихроический расщепитель 172 пучка может быть устроен и/или расположен таким образом, чтобы он пропускал свет с длиной волны освещающего излучения лазера на зеркало 174 с щелью (один из вариантов) в поверхности зеркала. Предпочтительно она является плоскостью изображения для КРС-измерений. Угол падения света, несущего изображение, предпочтительно составляет 45 градусов к направлению линии взгляда пациента. КРС-измерение может осуществляться в плоскости КРС-изображения через щель, проходящую горизонтально (слева направо в плоскости страницы), размеры которой предпочтительно составляют 50 мкм × 10 мм (ширина × длина) для получения максимальной величины разрешения и оптимальной эффективности. Фотоприемник 180 (предпочтительно фотоэлектронный умножитель) может быть расположен позади щели, и его выходные сигналы передаются в блок 186 автокорреляции, подсоединенный к компьютеру 188 с монитором.
Поскольку изображение в рассеянном свете сканируется по щели, то КРС-измерения могут быть выполнены с использованием фотоприемника 180 и блока 186 автокорреляции. Выборка, время которой может составлять от 50 нсек до 50 мксек (примеры величины), может быть осуществлена в цикле сканирования, время которого может составлять от 3 мсек до 33 мсек (примеры величины). В этом случае обеспечивается разрешение порядка нескольких сотен точек. Информация может быть записана в файл и анализируется компьютером 188. Выравнивание и объединение структур сечения может быть выполнено с использованием алгоритмов, реализуемых программными средствами.
ПЗС-телекамера 182 может быть устроена и/или установлена, таким образом, чтобы она принимала свет, отраженный от зеркала 174. ПЗС-телекамера 182 может использоваться для определения больших движений глаза, при которых изображения не могут использоваться, для корректировки, учитывающей движение щели на изображении, и для получения изображения сечения глаза 168.
ПЗС-телекамера 182 также может быть подсоединена к компьютеру 188 для передачи в него информации, относящейся к изображениям глаза 168, для отображения компьютером 188. Телекамера может быть выполнена с использованием приборов с зарядовой связью (ПЗС) или комплементарных металлооксидных полупроводников. Автокорреляционные функции, представляющие в графической форме быстрые и медленные компоненты анализа рассеяния света, могут осуществляться также как расчеты гидродинамических радиусов (другое представление размера молекул и молекулярных весов).
КРС-измерение представляет собой линейное сканирование роговой оболочки. В других вариантах может выполняться двумерное сканирование путем сканирования щели вверх-вниз по изображению сечения, или путем установки другого сканирующего устройства между плоскостями объекта и изображения, или за счет использования развертки растра вместо веерообразного пучка света.
Сканирование флуоресцентного лиганда (СФЛ) является важным вспомогательным инструментом для определения присутствия амилоидных агрегатов. Поскольку осуществляется сканирование вертикальным веерообразным пучком света сечения передней части глаза 168, то свет, излучаемый флуоресцентным лигандом, может быть использован для получения изображений плоским объективом 170 под углом 45 градусов относительно направления линии взгляда и 90 градусов относительно направления освещающего света, возбуждающего флуоресценцию лиганда. Плоский объектив 170, который может содержать несколько линз, предпочтительно может наклоняться на угол, величина которого определяется правилом Шеймпфлюга, для формирования плоскости объекта, которая совпадает с плоскостью изображения глаза 168 пациента. Дихроический расщепитель 172 пучка отражает ту часть флуоресцентного света, которая имеет длину волны излучения лиганда, на переднюю поверхность зеркала 176 с щелью. Предпочтительно она является плоскостью изображения для СФЛ-измерений. Угол падения света, используемого для получения изображений, предпочтительно составляет 45 градусов относительно направления линии взгляда пациента. СФЛ-измерение может выполняться в плоскости изображения через щель, проходящую вертикально (вверх-вниз в плоскости страницы, ширина которой предпочтительно находится в диапазоне от 50 мкм до 200 мкм и длина равна 10 мм для обеспечения максимального разрешения и оптимальной эффективности. Фотоприемник 178 (предпочтительно фотоэлектронный умножитель) может быть установлен позади щели, и сигналы из него подаются в блок 186 автокорреляции, подсоединенный к компьютеру 188 с монитором.
Поскольку изображение в рассеянном свете сканируется через щель в зеркале 176, то СФЛ-измерения могут быть выполнены фотоприемником 178. Выборка, время которой может составлять от 50 не до 50 мкс (примеры величины), может быть осуществлена в цикле сканирования, время которого может составлять от 3 мс до 33 мс (примеры величины). В этом случае обеспечивается разрешения порядка нескольких сотен точек. Информация может быть записана в файл и анализируется компьютером 188. Выравнивание и объединение структур сечения может быть выполнено с использованием алгоритмов программного обеспечения.
ПЗС-телекамера 184 может быть устроена и/или установлена, таким образом, чтобы она принимала свет, отраженный от зеркала 174. ПЗС-телекамера 184 может использоваться для определения больших движений глаза, при которых изображения не могут использоваться, для корректировки, учитывающей движение щели на изображении, и для получения изображения сечения глаза 168. ПЗС-телекамера 184 также может быть подсоединена к компьютеру 188 для передачи в него информации, относящейся к изображениям глаза 168, для отображения компьютером 188. Телекамера может быть выполнена с использованием приборов с зарядовой связью (ПЗС) или комплементарных металло-оксидных полупроводников,
СФЛ-измерение представляет собой линейное сканирование роговой оболочки. В других вариантах может выполняться двумерное сканирование путем сканирования щели вверх-вниз по изображению сечения, или путем установки другого сканирующего устройства между плоскостями объекта и изображения, или за счет использования развертки растра вместо веерообразного пучка света.
Телекамеры 182, 184, сфокусированные на плоскостях изображений для КРС- и СФЛ-измерений, могут обеспечивать изображения сечения и изображение в флуоресцентном свете, соответственно. Телекамеры 182, 184 могут работать, например, со скоростью от 30 до 60 кадров в секунду. Кроме того, поскольку щели в зеркалах 174, 176 для КРС- и СФЛ-измерений действуют в качестве опорных сечений изображений, то эти изображения обеспечивают информацию обратной связи о резких движениях глаза или о закрытии (мигание) для повышения точности и эффективности КРС- и СФЛ-измерений.
Калибровка системы 160 может осуществляться с использованием специализированных кювет, наполненных микросферами. При этом могут использоваться разные концентрации и разные размеры микросфер. Начальная калибровка может выполняться с использованием квадратной кюветы, вращаемой предпочтительно под углом 45 градусов относительно направления линии взгляда. При этом обеспечивается перпендикулярность поверхностей кюветы к падающему освещающему свету и выходящему рассеянному свету. Дополнительно может использоваться второй тип кюветы, представляющей собой трубку в трубке. Радиусы и их расположение предпочтительно аппроксимируют область роговой оболочки и хрусталика. Внутренняя трубка может быть заполнена микросферами, а внешняя трубка может быть заполнена водой.
На фигуре 13 приведена схема системы 230 с рассеянием света в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, которая может содержать одну или несколько (предпочтительно все) следующих частей (некоторые из частей указаны на фигурах 12, 14); первый источник 200 лазерного излучения, первая линза 201, первый дихроический расщепитель 202 пучка, вторая линза 203, второй источник 204 лазерного излучения, первый микрообъектив 205, зеркало 206, третья линза 207, второй дихроический расщепитель 208 пучка, четвертая линза 209, второй микрообъектив 210, оптический фильтр 211, приемник 212, оправа 214 линзы, двигатель 215, пятая линза 216, третий дихроический расщепитель 217 пучка, щель 218, второй приемник 219, второй двигатель 220, телекамера 221, юстировочная телекамера 222 увеличенного изображения, четвертый дихроический расщепитель 223 пучка, второй оптический фильтр 224, узкоугольная мишень 225, юстировочная система 226, широкоугольная юстировочная телекамера 227 и стереотаксическая система 228. Система 230 обеспечивает направление пучков лазерного излучения в глаз 26 субъекта. Рассеянный свет, выходящий из глаза, фокусируется на первом и втором фотоприемниках 212, 219.
Первый источник 200 лазерного излучения может быть устроен таким образом, чтобы он обеспечивал пучок лазерного излучения, который может быть направлен в глаз. Предпочтительно длина волны лазерного излучения составляет примерно 780 нм. Лазерное излучение источника 200 может быть сфокусировано через первую линзу 201, первый дихроический расщепитель 202 пучка и вторую линзу 203 для обеспечения светового пятна, падающего на глаз. Сфокусированное световое пятно может иметь на глазу диаметр, примерно, от 50 мкм до 200 мкм. Мощность излучения выбирается таким образом, чтобы оно было безопасным для глаза. Для обеспечения безопасности может использоваться контроль мощности в режиме реального времени.
Второй источник 204 лазерного излучения может быть устроен таким образом, чтобы он обеспечивал пучок лазерного излучения, который может быть направлен в глаз. Предпочтительно длина волны лазерного излучения составляет примерно 405 нм (один из вариантов). В одном из вариантов осуществления изобретения излучения возбуждения источника 204 может использоваться для осуществления СФЛ-измерений. Лазерное излучение источника 204 может быть сфокусировано через первый микрообъектив 205 на зеркале 206. Микрообъектив 205 может быть убран с пути распространения пучка излучения с помощью механизма 213. В результате на глаз будет падать не сфокусированное световое пятно, а коллимированный пучок. В коллимированном пучке лучи параллельны друг другу, то есть формируется плоский волновой фронт.
Зеркало 206 может быть устроено и/или установлено таким образом, чтобы оно отражало свет от микрообъектива и направляло его через линзу 207, дихроические расщепители 208, 202 пучка и линзу 203 для получения сфокусированного пятна света, падающего на глаз.
Четвертая линза 209 может быть устроена и/или установлена таким образом, чтобы она фокусировала свет, отраженный дихроическим расщепителем 208, через микрообъектив 210 и фильтр 211 на фотоприемнике 212. В качестве фото приемника 212 предпочтительно используется фотоэлектронный умножитель с точечным отверстием в его диафрагме, однако также могут использоваться и датчики других типов. Диафрагма фотоприемника 212 может находиться в плоскости изображения для СФЛ-измерений системы 230. Хотя это не показано, выходные сигналы фотоэлектронного датчика 212 могут передаваться на вход блока автокорреляции (например, блок 186 на фигуре 11), подсоединенного к компьютеру.
Оправа 214 линзы обеспечивает опору для линзы 203 и может быть прикреплена к двигателю 215. Сфокусированное пятно света, излучаемое вторым источником 204 лазерного излучения, может сканироваться по глазу предпочтительно под углом 45 градусов к направлению линии взгляда пациента с помощью двигателя 215, который может быть прикреплен к оправе 214 линзы. Двигатель 215 предпочтительно осуществляет перемещение линзы 203 вдоль оси пучка света. Перемещение линзы может изменять положение фокуса и может обеспечивать перемещение сфокусированного светового пятна.
Поскольку на глаз падает сфокусированное световое пятно, то внутри глаза формируется световой конус, обеспечивающий максимальную интенсивность света в той области, в которой выполняются измерения флуоресценции, и в то же время энергия лазерного излучения распределяется по более обширной площади сетчатки, расположенной вдали от хрусталика глаза. При такой схеме обеспечивается больше энергии для освещения области измерений, и в то же время поддерживаются безопасные для глаза уровни освещения сетчатки, которая может быть повреждена светом повышенной интенсивности. Расчеты для обеспечения безопасности глаза приведены в стандарте ANSI Z136.1 "Применение лазеров: безопасность".
По мере перемещения сфокусированного светового пятна (предпочтительно дискретными шагами) по хрусталику глаза излучение флуоресцентного лиганда рассеивается назад и проходит через линзу 203, первый дихроический расщепитель 202 пучка и отражается от второго дихроического расщепителя 208 пучка. Свет, отраженный от дихроического расщепителя 208 пучка, как уже указывалось, может проходить через линзу 209 и стягиваться в точку при прохождении через микрообъектив 210, оптический фильтр 211, падая на фотоприемник 212 с точечным отверстием в диафрагме.
Сигнал, собранный фото приемником 212, может использоваться для выполнения нескольких аналитических действий для получения характеристик флуоресценции в интересующей области, таких как автокорреляция интенсивности света по времени для осуществления корреляционной спектроскопии, а также может быть определена суммарная и/или средняя величины интенсивности за известный интервал измерений для получения общего уровня сигнала.
Пятая линза 216 может быть устроена и/или направлена таким образом, чтобы она фокусировала рассеянный свет, выходящий из глаза, предпочтительно под углом 45 градусов к направлению линии взгляда и 90 градусов относительно направления пучка лазерного излучения источника 200. Пятая линза 216 может сфокусировать свет на третьем дихроическом расщепителе 217 пучка.
Третий дихроический расщепитель 217 может отражать свет на щель 218. Щель 218 может быть устроена таким образом, чтобы проходящий через нее свет принимался вторым фотоприемником 219. Это может быть плоскостью изображения для КРС-измерений. Угол падения света, используемого для получения изображений, предпочтительно составляет 45 градусов относительно направления линии взгляда пациента. Ширина щели 218 предпочтительно находится в диапазоне от примерно 50 мкм до 200 мкм и ширина равна 10 мм для получения максимального разрешения и оптимальной эффективности. Хотя это не показано, выходные сигналы фотоприемника 219 (фотоэлектронный или иной фоточувствительный датчик) могут передаваться на вход блока автокорреляции (например, блок 186 на фигуре 11), подсоединенного к компьютеру (например, блок 188 на фигуре 11).
Изображение, получаемое в рассеянном свете, может сканироваться путем прямолинейного перемещения щели 218 и фотоприемника 219 двигателем 220. КРС-измерения могут осуществляться с помощью фотоприемника 219 и блока автокорреляции. Выборка дискретной зоны/объема пространства может занимать примерно 30 мсек (один кадр видео), затем оптическая система переходит к следующей анатомической зоне глаза для следующего измерения и далее по всей интересующей анатомической области. Предпочтительный способ измерения области от капсулы хрусталика до кортекса может включать измерения "шагами" примерно по 33 мсек, что соответствует ступенчатым перемещениям от 50 мкм до 200 мкм. Этот процесс предпочтительно должен осуществляться в отсутствии значительных движений глаза (связанных с биением сердца или других движений).
В данном случае отсутствуют какие-либо ограничения на количество повторений процесса в одном сеансе КРС-измерений, так что измерение может длиться всего несколько миллисекунд или может быть достаточно продолжительным, порядка десятков секунд (вариант) с повторением шагов сканирования по области глаза. В процессе сканирования могут использоваться времена выборки от 1 мкс до 200 мкс (примерные величины). Скорости сканирования могут варьироваться для обнаружения различных анатомических особенностей хрусталика с последующей обработкой для учета движений глаза, вызываемых различными причинами, в том числе биениями сердца, скачкообразными микродвижениями глаза и т.д. Информация может быть записана в файл для анализа компьютером. Выравнивание и объединение структур сечения может быть выполнено с использованием алгоритмов программного обеспечения.
Телекамера, или аналогичный датчик 221, может быть устроена и/или установлена таким образом, чтобы она принимала рассеянный свет, выходящий из глаза и проходящий через дихроический расщепитель 217 пучка, обеспечивающий опорное изображение анатомической области. Телекамера 221 может использоваться для определения больших движений глаза, при которых изображения не могут использоваться, для корректировки, учитывающей движение щели на изображении, и для получения изображения сечения глаза. Телекамера 221 может быть выполнена с использованием приборов с зарядовой связью (ПЗС), комплементарных металло-оксидных полупроводников или других типов подходящих приборов для получения изображений. Автокорреляционные функции, представляющие в графической форме быстрые и медленные компоненты анализа рассеяния света, могут осуществляться также как расчеты гидродинамических радиусов (другое представление размера молекул и молекулярных весов). КРС-измерение представляет собой линейное сканирование роговой оболочки. На оптическом пути могут быть установлены дополнительные оптические фильтры для улучшения отношения сигнал/шум измеряемого сигнала.
Широкоугольная юстировочная телекамера 227 может быть настроена таким образом, чтобы с ее помощью техник мог обеспечивать юстировку системы 230 относительного глаза пациента. Телекамера 227 может помочь технику на первоначальном этапе предварительной фиксации головы пациента.
Юстировочная телекамера 222 увеличенного изображения может быть настроена и установлена таким образом, чтобы она обеспечивала увеличенное изображение радужной оболочки пациента, наблюдаемой через расщепитель 223 пучка и фильтра 224.
Юстировка системы 230 может осуществляться с помощью ручки управления (джойстик), которая обеспечивает перемещение оптической системы 230 как единого целого с одного глаза на другой, а также перемещение вверх-вниз. Оператор может вручную подогнать установку под конкретного пациента с использованием юстировочной системы 226, которая формирует два световых пятна, перекрывающихся на верхней части роговой оболочки с центрированием на радужной оболочке. Мишени могут быть освещены цветными светодиодами, которые могут быть видны глазом и котировочными телекамерами 222, 227. Для обеспечения дополнительно освещения для нацеливания может использоваться схема с инфракрасным светодиодом.
Может использоваться узкоугольная мишень 225, которая устроена и/или установлена таким образом, чтобы на нее падал свет, отраженный расщепителем 223 пучка и проходящий через фильтр 224 для обеспечения пятна мишени, на котором пациент должен фиксировать свой взгляд. Мишень может быть подсвечена сзади красным светодиодом. Фокус мишени 225 может регулироваться для учета преломляющей способности глаза пациента Угловой размер мишени составляет примерно 2 градуса. При юстировке установки пациент может снять свои очки, и мишень 225 может быть отъюстирована в соответствии со средней преломляющей силой стекол очков. Телекамера 222 с увеличенным изображением может быть установлена на одной линии с мишенью 225 фиксации взгляда для обеспечения вида спереди, коаксиального с оптической осью глаза.
Стереотаксическая платформа 228 может иметь стандартную офтальмическую головку и упор для подбородка человека. Оптическая платформа может быть установлена как единое целое в нужном положении с использованием ручки управления (джойстика), как уже указывалось выше. Диапазон перемещения должен быть достаточным для выполнения измерений в любой точке хрусталиков обоих глаз. Специализированные держатели могут подгоняться или заменяют упоры лба и подбородка для различных исследований животных: приматов и грызунов.
Как уже указывалось, могут быть реализованы другие варианты измерений без микрообъектива 205 с механизмом 213, который может иметь ручной или электрический привод. Выведение с оптического пути, по которому распространяется свет от источника 204, микрообъектива 205 приводит к тому, что свет источника 204 распространяется как коллимированный пучок. В технике известно, что коллимирование пучка лазерного излучения низкого качества может быть выполнено с помощью подходящей коллимирующей оптики. В рассматриваемом варианте коллимированный остронаправленный пучок излучения может проходить через глаз и падать в виде коллимированного пятна на сетчатку. При использовании правильно выбранного датчика и оптики в этом варианте может быть обеспечено достаточное освещение, причем уровень лазерного излучения при этом не будет превышать предельно допустимых безопасных величин.
В этом варианте с коллимированным пучком оба фотоприемника 212, 219 могут использоваться для выполнения ряда измерений. Коллимированный остронаправленный пучок может быть направлен через хрусталик глаза, и флуоресцирующий свет лиганда может рассеиваться назад и создавать изображение в системе для СФЛ-измерений на фотоприемнике 212. Излучение флуоресценции лиганда также распространяется во всех направлениях, и соответствующее изображение может быть получено из него предпочтительно под углом 45 градусов к направлению линии взгляда и 90 градусов относительно направления освещающего света, проходящего через линзу 216. Изображение может быть сформировано светом, направленным расщепителем 217 пучка на щель 218, за которой находится фотоприемник 219, для КРС-измерений. Сигнал, собранный датчиком 219, может использоваться для выполнения нескольких аналитических действий для получения характеристик излучения флуоресценции в интересующей области, таких как: осуществление КРС-измерений на длине волны 405 нм, аналогично измерениям на длине волны 780 нм, когда узкополосный фильтр с полосой пропускания на длине волны 405 нм установлен непосредственно перед фотоприемником; выполнение автокорреляции величины интенсивности света по времени для осуществления корреляционной спектроскопии для излучения флуоресценции, а также может быть определена суммарная и/или средняя величина интенсивности за известный интервал измерений для получения общего уровня сигнала. СФЛ-измерение также может быть выполнено в этой схеме с соответствующей заменой фильтра.
В других альтернативных вариантах система 230 может использоваться для измерения характеристик ослабления излучения флуоресценции лиганда, что позволяет получить альтернативный способ отделения флуоресценции лиганда от флуоресценции других источников, например, от фоновой флуоресценции хрусталика. Это может быть осуществлено отчасти выбором источника 204 лазерного излучения с длиной волны 405 нм, который может быстро переключаться, или же установкой быстродействующего переключателя или затвора 229 (такого как, лазерный затвор) на оптическом пути освещающего излучения, или на пути света, характеристики которого измеряются (как было указано выше), и используя любой из вышеописанных путей излучения флуоресценции.
Оптические измерения в системе 230 существенно зависят от поступательных перемещений глаза, величины которых превышают примерно 150 мкм. Самым значимым источником артефактов, вызванных движением глаза, является биение сердца. Для исключения таких предсказуемых артефактов, могут использоваться различные способы.
Могут использоваться алгоритмы, реализуемые на компьютере, которые распознают артефакты, связанные с движением, либо по положению анатомических структур в телекамере 221 с щелевой лампой, путем оценки положения измеряемой зоны относительно этих анатомических структур, либо путем анализа корреляционных функций, определяя характеристики отличительных признаков движения.
Второй подход к исключению артефактов, вызванных биением сердца, заключается в синхронизации процесса получения данных с биением сердца. Частота пульса у человека в состоянии покоя обычно составляет 50-85 ударов в минуту, однако может превышать 120 ударов в минуту в случаях патологической тахикардии. Выполняя измерения в периоды между биениями сердца, можно исключить вызванные ими артефакты.
Существуют следующие способы синхронизации измерений с биением сердца:
1. На субъекте устанавливают монитор частоты сердечных сокращений, и эта частота используется для управления моментами начала и прекращения получения данных, и для вычисления количества и пространственного распределения измерений по интересующей анатомической области. Это можно осуществить, используя мониторы частоты сердечных сокращений, имеющиеся на рынке или изготовленные специально для этой цели.
2. Монитор сердечных сокращений встраивают в подходящее место измерительной установки, например, в упор лба или подбородка, и информация монитора используется для управления моментами начала и прекращения получения данных, и для вычисления количества и пространственного распределения измерений по интересующей анатомической области. Это можно осуществить, используя мониторы частоты сердечных сокращений, имеющиеся на рынке или изготовленные специально для этой цели, с соответствующим размещением электродов.
3. Вводят в состав системы 230 водитель ритма сердца, который используется для задания частоты биений сердца и для сбора данных в соответствующие интервалы времени, когда не происходят биения сердца.
Могут использоваться и другие варианты, которые находятся в рамках объема и сущности изобретения. Например, учитывая природу программного обеспечения, вышеописанные функции могут быть реализованы с использованием программных средств компьютеров, аппаратных средств, программно-аппаратных средств, программ, записанных в ПЗУ и т.п. Признаки, реализующие функции системы, также могут быть физически расположены в разных местах, включая такое распределение, при котором части функций реализуются в разных местах.