ИЗМЕРИТЕЛЬ ФИЗИКО-БИОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОЖИ

Измеритель физико-биологических характеристик кожи
МКИ А 61 В1/00
Полезная модель относится к медицинской технике и может быть использована в дерматологии для определения степени выраженности эритемы и меланиновой пигментации кожи человека,
Известно устройство для определения меланиновой пигментации кожи человека Andersen Р,Н., Bjerring В. Spectral reflectance of human skin in vivo, И Photodermatoi., Photoimmunol. and Photomedicine, 1990, v.l, №1, pp.5-12, содержащее источник излучения в ультрафиолетовой области спектра, излучение которого через оптическую систему подводится к коже; отраженное кожей излучение собирается оптической системой и направляется на входную щель монохроматора, на выходной щели которого располагается приемник, регистрирующий спектральную зависимость коэффициента отражения кожи в диапазоне длин волн 360-400 нм. Приемник соединен с блоком обработки данных, в котором измеренные величины обрабатываются и преобразуются в определяемую величину степени меланиновой пигментации кожной ткани.
Недостатками данного устройства являются необходимость проведения измерений коэффициентов отражения кожи в ультрафиолетовой области спектра, в которой из-за сильных поглощающих и рассеивающих свойств кожной ткани точность измерения коэффициента отражения невелика, необходимость использования спектрального оборудования, работающего в специально приспособленных лабораторных помещениях, что создает определенные ограничения для широкого диагностического применения данного устройства, и невозможность определения степени выраженности эритемы кожи,
Известно также устройство для определения степени выраженности эритемы и меланиновой пигментации кожи человека Dawson J.D., Barker DJ. et ai. A theoreticai and experimental study of light absorption and scattering by in vivo skin,  Phys, Bioi, Med. №4, pp.695709, 1980, содержащее источник сплошного излучения в видимом диапазоне спектра, излучение которого через волоконно-оптический световод подводится к исследуемому участку кожи; отраженное коже и излучение собирается с помощью волоконно-оптического световода и направляется на входную щель монохроматора, на выходной щели которого размещен приемник, соединенный с блоком обработки данных. Работа устройства аналогична приведенному выше, за исключением того, что с помощью приемника, расположенного на выходной щели монохроматора, регистрируется спектральная зависимость коэффициента отражения кожи в диапазонах спектра
Jfc/f/w
S10-610 нм и 645-705 нм, измеренные величины в блоке обработки данных обрабатываются и преобразуются в определяемые величины степени выраженности эритемы и меланиновой пигментации кожи. Недостатком данного устройства являются необходимость использования спектрального оборудования, работающего в специально приспособленных лабораторных помещениях, что создает определенные ограничения для широкого диагностического применения данного устройства. Известно устройство для определения степени выраженности эритемы кожи Kopola H., Lahti A., Myilyla R.A., Hannukseta (Vt. Twochannel fiber optic skin erythema meter. // Optica Engineering. 1993, v.32, №2, pp,222-226, содержащее два светоизлучающих диода, являющихся источниками излучения в двух спектральных диапазонах (545«576 нм и 620-710 нм), излучение которых с помощью волоконнооптического световода подводится к коже; отраженное кожей излучение регистрируется приемником, который соединен с блоком обработки данных. Отличительной особенностью устройства является то, что измерения коэффициентов отражения кожи производятся только на двух длинах волн в приведенных выше спектральных интервалах, измеренные величины в блоке обработки данных обрабатываются и преобразуются в определяемую величину степени выраженности эритемы, пропорциональную отношению коэффициентов отражения кожи, измеренных в спектральных интервалах $45676 нм и 620-710 нм. Отсутствие монохроматора и использование в качестве источников излучения светоизлучающих диодов делает прибор легким и компактным, что позволяет использовать его в
качестве прибора широкого диагностического применения.
Недостатками данного устройства являются невысокая точность определения индекса эритемы и невозможность определения меланиновой пигментации кожи.
Известно также устройство для определения степени выраженности эритемы кожи (Dfffey B.L., Oliver R.J., Farr P.M. A portable
instrument for quanmying erythema induced by ultraviolet radiation. n British Jour, Dermatol., 19S4, v,IH, pp,6S3-6723i содержащее еветоизлучающие диоды двух типов, являющиеся источниками излучения на двух длинах волн в двух спектральных диапазонах (545-575 нм и $50-680 нм), которое с помощью волоконно-оптического световода подводится к коже; отраженное кожей излучение собирается другим волоконно-оптическим световодом и направляется на приемник, соединенный с блоком обработки данных, который преобразует измеренные величины.коэффициентов отражения кожи на двух длинах волн в величину оптической плотности кожи на тех же длинах волн и рассчитывает величину степени выраженности эритемы как величину, пропорциональную разности величин оптической плотности кожной ткани, определенных в спектральных областях $45-575 нм и 650-680 нм, что увеличивает точность определения этой величины.
Недостатками данного устройства является невысокая точность определения индекса эритемы из-за неучета вклада пигмента-меланина в оптическую плотность кожи в диапазоне длин волн 545-575 нм и невозможность определения меланиновой пигментации кожи.
Наиболее близким по техническому решению к заявляемой полезной модели является выбранный в качестве прототипа измеритель физико-биологических характеристик кожи Edwards С., Heggie R. A small solid state meter for measuring melanin pigmentation. // In
The Environmental Threat to the Skin. Martin Dunit, London. 1992,
/
pp. 149-154, содержащий источник питания, который через коммутирующее устройство соединен со светоизлучающими диодами, являющимися источниками излучения на двух длинах волн, одна из которых лежит в красной области видимого спектра в спектральном диапазоне выше 620 нм, а другая - в ближней инфракрасной области спектра в спектральном диапазоне ниже 900 нм. расположенными в оптической головке; излучение светоизлучающих диодов с помощью оптической головки направляется на исследуемый участок  отраженное кожей излучение направляется на приемник, расположенный в той же самой оптической головке и соединенный с
Блоком обработки данных, в котором измеренные величины преобразуются в величину определяемой степени мапаниновой пигментации, и индикатором величины степени меланиновой пигментации.
Недостатком данного устройства является невозможность определения степени выраженности эритемы кожи.
Целью данной полезной модели является расширение возможностей устройства: одновременное определение степени выраженности эритемы и меланиновой пигментации кожи человека, сохраняя при этом его компактность и транспортабельность.
По ставленая цель достигается тем, что в схему измерителя физико-биологических характеристик кожи, содержащего источник питания, соединенный через блок коммутации с оптической головкой с помещенными в ней рядом светоизлучающих диодов двух типов, являющихся источниками излучения на двух длинах волн, одна из которых лежит в красной области видимого спектра в спектральном диапазоне выше $20 нм, а другая - в ближней инфракрасной области спектра в спектральном диапазоне ниже 900 нм, и приемником отраJ;/// //« женного кожей излучения, блоком обработки данных и индикатором определяемых величин, дополнительно введены светоизлучзющие диоды, выполненные с возможностью излучения в спектральном диапазоне S4S-575 нм, а два типа светоизлуча щих диодов, являющихся источниками излучения в спектральном диапазоне €20-900 нм, выполнены с возможностью излучения на длинах волн 660 нм и 710 нм, g известной авторам научно-технической и патентной литературе измерителя физико-биологических характеристик кожи, сходного с заявляемым, не обнаружено. Неизвестно устройство с заявляемыми признаками, которое позволило бы одновременно определить степень выраженности эритемы и меланиновой пигментации кожи. Полезная модель поясняется Фиг.1 - 3, где на Фиг,1 приведена блок-схема измерителя физико-биологических характеристик кожи, а на Фиг,2 и 3  результаты апробации измерителя в клинических условиях. Заявляемый измеритель физико-биологических характеристик кожи содержит импульсный источник питания 1, блок коммутации питания светоизлучающих диодов 2, светоизлучающие диоды 3 и приемник 4 отраженного кожей излучения, конструктивно расположенные внутри оптической головки 5, блок обработки данных 6 и индикатор определенных величин степени выраженности эритемы и меланиновой пигментации кожи 7. Измеритель работает следующим образом, Импульсное напряжение с источника питания поступает на коммутирующее устройство, которое обеспечивает последовательное импульсное (скважность импульсов равна 3) включение светоизлучающих диодов трех типов, работающих в трех различных спек6тральных диапазонах, излучение которых направляется с помощью
оптической головки поочередно на два тест-объекта (тест-объекты представляют собой полностью диффузно отражающую и полностью поглощающую поверхности и необходимы для расчета значении коэффициентов отражения кожи и коррекции рассчитанных величии с учетом темновзго тока и паразитных засветок фотоприемника и исследуемую кожу. Фотодиод обеспечивает измерение интенсивности отраженного объектами излучения на всех длинах волн, Измеренные величины запоминаются и обрабатываются в блоке обработки данных и значения определенных величин степени выраженности эритемы и меланиновой пигментации кожи отображаются на индикаторе.
Заявляемый измеритель апробирован в клиническом отделе Саратовского НИИ сельской гигиены при исследованиях временной динамики изменений индексов эритемы и меланиновой пигментации кожи in vivo, подверженной ультрафиолетовому облучению. В результате воздействия ультрафиолетового излучения (доза составляла величину, эквивалентную четырем минимальным зритемным дозам) в коже 15 практически здоровых добровольцев обоего пола возникала и развивалась эритема (покраснение кожи в результате расширения кровеносных сосудов) и параллельно развивался процесс образования пигмента меланина (загар). Результаты измерений индексов эритемы и пигментации, выполненных на заявляемом измерителе, сравнивались с результатами определения индексов на стационарном спектральном комплексе, аналогичном аналогу Dawson J.D., Barker D.J. et al. A theoretical and experimental study of light absorption and scattering by in vivo skin. // Phys. Biol, Med. №4, pp.695-703. 1980. На Фиг.2 приведены временные зависимости степени выраженности эритемы (индекс эритемы) кожи после ее облу //2
о
чения ультрафиолетовым излучением, измеренные на спектральном комплексе (кривая 1) и на заявляемом измерителе (кривая 2, значения индекса на которой уменьшены для наглядности в 3 раза
по сравнению с кривой 1), а на Фиг.З  временны© зависимости степени мелгнпновой пигментации (индекс меланина) кожи, измеренные на спектральном комплексе (кривая 1) и на заявляемом измерителе (кривая 2. значения индекса на которой уменьшены для наглядности в 2 раза по сравнению с кривой 1). Из Фиг.З и 3 видно хорошее соответствие между временными изменениями индексов в течение всего периода измерений. Также было проведено сравнение индексов эритогиы и меланина, определенных для нормальной кожи и кожи с пигментной опухолью (злокачественная меланома) на заявляемом устройстве и стационарном спектральном комплексе, которое показало хорошо согласующиеся между собой результаты.
Заявляемый измеритель расширяет возможности инструментальной неинвазивной диагностики кожи человека, а его компактность и транспортабельность дают возможность широкого применения измерителя в диагностических целях.
Заявители:
1.Саратовский государственный университет
Ректор СГУ член-корр РАН Трубецков Д.И.
2.Авторы-заявители: //&
и. .s
№
Утц С,Р,
Синичкин Ю.П. Долотов Л,Е,