устройство для определения концентрации гемоглобина и степени оксигенации крови в слизистых оболочках

Классы МПК:G01N33/49 крови
G01N21/47 дисперсионная способность, те диффузионное отражение
A61B5/1455 с использованием оптических сенсоров, например спектральных фотометрических оксиметров
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):Белорусский государственный университет (BY)
Приоритеты:
подача заявки:
2013-01-10
публикация патента:

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано для диагностики опухолевых заболеваний. Устройство для определения концентрации гемоглобина и степени оксигенации крови в слизистых оболочках включает источник излучения, выполненный из набора излучателей на разных длинах волн или на основе широкополосного излучателя, освещающее оптическое волокно, эластичный зонд, блок регистрации изображения в виде ПЗС-матрицы с установленной перед ней собирающей линзой и блок обработки изображения. Причем источник излучения связан с блоком управления излучателями и блоком распределения каналов посылки излучения, выход которого соединен со входом освещающего оптического волокна, расположенного в эластичном зонде, в наконечнике которого расположены два взаимно ортогональных поляризационных фильтра, один из которых связан с выходом освещающего волокна, а второй - с блоком регистрации изображения, который соединен цифровым кабелем, расположенным в зонде, с блоком обработки изображения, определяющим значения концентрации гемоглобина и степени оксигенации крови во всех точках изображения слизистой оболочки, получаемого на ПЗС-матрице. Изобретение обеспечивает повышение точности диагностики онкологических заболеваний слизистых оболочек. 8 ил., 2 табл.

устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087

Формула изобретения

Устройство для определения концентрации гемоглобина и степени оксигенации крови в слизистых оболочках, включающее источник излучения, освещающее оптическое волокно, эластичный зонд, блок регистрации изображения, блок обработки изображения, отличающееся тем, что дополнительно содержит блоки управления излучателями и распределения каналов посылки излучения, два взаимно ортогональных поляризационных фильтра, цифровой кабель, причем источник излучения выполнен из набора излучателей на разных длинах волн или на основе широкополосного излучателя и связан с микропроцессорным блоком управления излучателями и блоком распределения каналов посылки излучения, выход которого соединен со входом освещающего оптического волокна, расположенного в эластичном зонде, содержащем наконечник, в котором расположены два взаимно ортогональных поляризационных фильтра, один из которых связан с выходом освещающего волокна, второй - с блоком регистрации изображения, представляющим собой ПЗС-матрицу с установленной перед ней собирающей линзой, выход которого соединен цифровым кабелем, расположенным в зонде, с блоком обработки изображения, определяющим количественные значения концентрации гемоглобина и степени оксигенации крови во всех точках изображения слизистой оболочки, получаемого на ПЗС-матрице.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области медицинского приборостроения.

Диагностика опухолевых заболеваний является одной из актуальнейших задач современной онкологии и хирургии. Правильный диагноз на ранних этапах патологического процесса в сочетании с эффективными методами лечения позволяет повысить вероятность благоприятного исхода лечения, увеличить выживаемость и улучшить качество жизни онкологических больных.

Из всех существующих методов ранней диагностики опухолей, поражающих слизистую оболочку полых органов, включая дыхательные пути и пищеварительный тракт, ведущим остается эндоскопическое исследование. Современные эндоскопические системы формируют высококачественное изображение слизистой оболочки в реальном времени непосредственно на дисплее компьютера. Однако изображения слизистой оболочки в естественном цвете не позволяют достигнуть высокой точности диагностики, в связи с различием характеристик изображения для различных анатомических участков, а также влиянием на них спектральных характеристик эндоскопической системы и неравномерной подсветки слизистой оболочки. Кроме того, обычное эндоскопическое исследование основывается на субъективной оценке изображения слизистой оболочки врачом, исходя из его опыта, квалификации и психоэмоционального состояния (при утомлении - цветовосприятие врача снижается, при возбуждении - усиливается) [1].

Во многих опухолях плотность кровеносных сосудов становится более высокой по сравнению с нормальной тканью, поэтому знание концентрации гемоглобина в ткани может помочь отличить доброкачественные новообразования от злокачественных. Известно также, что злокачественные новообразования характеризуются более интенсивными обменными процессами и более интенсивным потреблением кислорода. Поэтому концентрация кислорода в венулах, отводящих кровь из патологических регионов, ниже нормы. В связи с этим, информация о распределении концентрации гемоглобина в слизистой оболочке и степени оксигенации крови (доля окисленного гемоглобина в общем гемоглобине), выводимая на дисплее компьютера в ходе проведения эндоскопии, могла бы значительно повысить современные возможности ранней диагностики онкологических заболеваний.

Известно устройство для определения концентрации гемоглобина и степени оксигенации крови в слизистых оболочках [2], включающее широкополосный источник света, освещающее оптическое волокно, принимающее оптическое волокно, спектрометр и блок анализа спектра диффузного отражения ткани.

В данном устройстве освещающее и принимающее оптические волокна подводятся к исследуемому участку ткани через инструментальный канал эндоскопа. В связи с этим данное устройство не обладает оперативностью и его использование приводит к увеличению времени проведения болезненной для пациента процедуры эндоскопии. Контакт оптических волокон с исследуемой поверхностью приводит к искажению результатов измерений за счет изменений объемного коэффициента рассеяния ткани и ее микроциркуляции, возникающих даже при слабом нажиме на ткань. К недостаткам данного устройства относится также и сложность его калибровки.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство для определения содержания гемоглобина в слизистых оболочках [3], включающее эластичный зонд; широкополосный источник излучения; освещающее оптическое волокно, подводящее излучение к исследуемой ткани; блок регистрации обратного излучения ткани, включающий устройство захвата изображения и спектрометр; блок обработки, связанный с вышеупомянутой системой регистрации, выполняющий измерение и обработку спектра обратного излучения ткани.

Главным недостатком данного устройства является локальность спектральных измерений обратного рассеяния ткани, выполняемых на его основе. Данные измерения позволяют судить о состоянии ткани только в одной ее точке, соответствующей нескольким пикселям изображения ткани. Между тем для более точного диагноза требуется выявлять распределение гемоглобина и оксигенации крови в пораженных участках ткани и в их окрестностях.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи расширения функциональных возможностей устройства за счет получения количественных значений гемоглобина и оксигенации крови в пораженных участках ткани и в их окрестностях, повышения точности диагностики онкологических заболеваний слизистых оболочек.

Для решения данной задачи устройство для определения концентрации гемоглобина и степени оксигенации крови в слизистых оболочках, включающее источник излучения, освещающее оптическое волокно, эластичный зонд, блок регистрации изображения, блок обработки изображения, дополнительно содержит блоки управления излучателями и распределения каналов посылки излучения, два взаимно ортогональных поляризационных фильтра, цифровой кабель, причем источник излучения выполнен из набора излучателей на разных длинах волн и связан с микропроцессорным блоком управления излучателями и блоком распределения каналов посылки излучения, выход которого соединен со входом освещающего оптического волокна, расположенного в эластичном зонде, содержащем наконечник, в котором расположены два взаимно ортогональных поляризационных фильтра, один из которых связан с выходом освещающего волокна, второй - с блоком регистрации изображения, представляющим собой монохромную ПЗС-матрицу с установленной перед ней собирающей линзой, выход которого соединен цифровым кабелем, расположенным в зонде, - с блоком обработки изображения, определяющим количественные значения концентрации гемоглобина и степени оксигенации крови во всех точках изображения слизистой оболочки, получаемого на ПЗС-матрице.

Источник излучения может быть выполнен на основе широкополосного излучателя, а блок регистрации изображения - на основе цветной ПЗС-матрицы, позволяющей получать изображения в трех и более спектральных участках.

Сущность данного изобретения поясняется с помощью фиг.1-8.

Фиг.1 - Функциональная схема предлагаемого устройства.

Фиг.2 - Нормированные спектры диффузного отражения слизистой оболочки легких в норме, рассчитанные в рамках предложенной модели (кривые), и сравнение с экспериментальными данными (окружности).

Фиг 3 - Нормированные спектры диффузного отражения слизистой оболочки легких в норме при онкологическом заболевании, рассчитанные в рамках предложенной модели (кривые), и сравнение с экспериментальными данными (окружности).

Фиг.4 - Сопоставление заданных (ось абсцисс) и восстановленных из сигналов r(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k) (ось ординат) значений концентрации гемоглобина в слизистой оболочке.

Фиг.5 - Сопоставление заданных (ось абсцисс) и восстановленных из сигналов r(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k) (ось ординат) значений степени оксигенации крови в слизистой оболочке.

Фиг.6 - Используемые при моделировании профили относительной спектральной чувствительности цветной ПЗС-матрицы Sk(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ) (кривые 1, 2, 3 для k=В, G, R соответственно) и мощности широкополосного излучателя P(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ) (кривая 4).

Фиг.7 - Смоделированная совокупность нормированных RGB-сигналов (rBR, rGR) и соответствующих им концентраций гемоглобина.

Фиг.8 - Сопоставление заданных (ось абсцисс) и восстановленных из сигналов rBR и rGR (ось ординат) значений концентрации гемоглобина в слизистой оболочке.

Функциональная схема предлагаемого устройства изображена на фиг.1, где 1 - микропроцессорный блок управления излучателями, 2 - источник излучения, 3 - блок распределения каналов посылки излучения, 4 - освещающее оптическое волокно, 5 - эластичный зонд, 6 - наконечник зонда, 7 - исследуемая ткань, 8 и 9 - взаимно ортогональные поляризационные фильтры, 10 - собирающая линза, 11 - ПЗС-матрица, 72 - цифровой кабель, 13 - блок обработки изображения ткани.

Данное устройство функционирует следующим образом. Микропроцессорный блок управления излучателями 1 организует чередующуюся посылку источником 2 излучения с различной длиной волны. Источник излучения 2 состоит из набора излучателей на различных длинах волн, например лазерных источников или светодиодов. Блок распределения каналов посылки излучения 3 подводит излучение от каждого излучателя к входу освещающего оптического волокна 4. В простейшем случае в качестве блока 3 может использоваться разветвленное оптическое волокно, в котором несколько волокон, каждое из которых соединено с одним из излучателей, сводятся в одно общее волокно 4. Потоки излучения на различных длинах волн направляются на исследуемую ткань 7 по оптическому волокну 4, находящемуся внутри эластичного зонда 5 для эндоскопии внутри полости тела. Отраженное от ткани излучение собирается в блоке регистрации изображения, выполненном на основе ПЗС-матрицы 11 с расположенной перед ней линзой 10. При смене спектрального состава освещающего излучения на выходе блока регистрации последовательно формируются спектральные изображения ткани в отраженном от нее свете с различными длинами волн. Для исключения попадания на светочувствительные элементы матрицы зеркально отраженного света и устранения бликов в изображении ткани, в наконечнике 6 зонда 5 установлены два взаимно ортогональных поляризационных фильтра 8 и 9, один - на выходе освещающего оптоволокна 4, второй - перед линзой 10. Естественное излучение, прошедшее через поляризационный фильтр 8, становится поляризованным. Поскольку излучение, отражаемое поверхностью ткани, сохраняет исходную поляризацию, использование скрещенных поляризаторов позволяет блокировать эту паразитную составляющую. Часть излучения, проникшая вглубь ткани, практически полностью утрачивает свою первоначальную поляризацию вследствие многократного рассеяния. При этом рассеянное обратно излучение частично проходит через поляризационный фильтр 9 и попадает на блок регистрации изображения. Сигналы от светочувствительных элементов матрицы по цифровому кабелю 12, расположенному в зонде, передаются на блок обработки изображения 13, выполняющий анализ последовательности спектральных изображений исследуемой ткани и определяющий количественные значения концентрации гемоглобина и степени оксигенации крови во всех точках изображения ткани в соответствии с нижеприведенным алгоритмом. Блок обработки изображения 13 может быть компьютером или микропроцессором, способным выдавать свои результаты любому внешнему устройству для их визуализации.

В наиболее простом варианте реализации вышеописанного устройства источник излучения может быть выполнен на основе широкополосного излучателя, такого как белый светодиод или лампа. При этом спектральную селекцию излучения, отраженного от исследуемой ткани, можно осуществлять при помощи ПЗС-матрицы, позволяющей получать изображения в нескольких спектральных участках, например в синем, зеленом и красном. С точки зрения спектральных измерений это равносильно использованию в устройстве (например, на выходе широкополосного излучателя) нескольких фильтров, выделяющих из белого света спектральные составляющие.

Алгоритм количественной интерпретации спектральных изображений слизистой оболочки. Спектральные сигналы на выходе ПЗС-матрицы (спектральные изображения ткани) определяются в соответствии с формулой

устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087

где устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k - спектральный участок, соответствующий полосе излучения k-го излучателя; Pk(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ) - спектральная мощность k-го излучателя; х, y - координаты элемента поверхности ткани; G(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 , х, y) - геометрический фактор, зависящий от пространственного распределения освещенности ткани и угла 6 между нормалью к поверхности ткани и осью собирающей линзы; R(x, y, устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ) -спектральный коэффициент диффузного отражения ткани, т.е. отношение потока излучения с длиной волны устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 , отраженного элементарной площадкой с центром в точке (х, y), к падающему на нее потоку; устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 (устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ) - спектральное пропускание оптического волокна и собирающей линзы; S(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ) - спектральная чувствительность матрицы; устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 l и устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 r - левая и правая границы диапазона спектра, используемого блоком регистрации.

Для устранения влияния на регистрируемые спектральные изображения V(x, y, устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k) неравномерной освещенности ткани и ее положения относительно блока регистрации будем оперировать с изображениями r(x, y, устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k)=V(x, y, устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k)/V(x, y, устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 0), получаемыми путем нормировки изображений V(x, y, устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k) на опорный спектральный слой V(x, y, устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 0). Карты двумерных распределений параметров слизистой оболочки получаются в результате анализа спектральных сигналов для каждого пикселя изображения r(x, y, устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k).

Учитывая высокое пространственное разрешение современных ПЗС-матриц, использование традиционных методов решения обратных задач, основанных на многократном решении уравнения переноса излучения в исследуемой среде при различных значениях ее параметров, не позволяет получить необходимую для практики оперативность построения искомых параметрических карт. Кроме того, для использования данных методов необходимо, чтобы количество спектральных измерений значительно превышало количество неизвестных параметров среды, что является трудно достижимым в условиях проведения эндоскопии.

Для оперативного решения обратных задач оптики светорассеивающих сред при малом объемом измеряемой информации наиболее подходящим является метод множественных регрессий. Данный метод основан на построении явного аналитического выражения F, связывающего измеряемые оптические характеристики объекта s=(Sk) с его искомыми параметрами p=(рi), как p=F(s,a), где а - вектор параметров аналитического выражения. Для построения оператора F используется физико-математическая модель исследуемого объекта, позволяющая по заданным значениям вектора параметров p рассчитывать вектор результатов измерений s. На основе этой модели формируется «обучающий» ансамбль реализации p и s и выполняется его регрессионный анализ для нахождения параметров а выбранного аналитического выражения. Простейшим аналитическим выражением, позволяющим предсказывать нужный параметр pi по измеренным сигналам Sk=(k=1, устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 , K), является множественная линейная регрессия:

устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087

В действительности параметры объекта и измеряемые сигналы редко связаны линейной зависимостью, поэтому регрессия (2), как правило, не позволяет получить решение обратной задачи с приемлемой точностью. В тоже время в большинстве случаев регрессионная связь между величинами pj и Sk хорошо описывается полиномами с заданной степенью N:

устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087

где устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087

Для решения задачи оперативной реконструкции двумерных распределений концентрации гемоглобина FtHb (x,y) и степени оксигенации крови S(x,y) в слизистой оболочке по ее по нормированным спектральным изображениям r(x, y, устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k) также можно использовать полиномиальные множественные регрессии вида (3), в которых p1=FtHb(x, y), p2=S(x, y) и Sk=r(x, y, устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k). Поскольку изображения r(х, y, устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k) свободны от влияния пространственного распределения освещенности ткани и ее положения относительно блока регистрации, то коэффициенты aj и устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 не зависят от геометрических координат x и y. В связи с этим далее зависимость величин FtHb, S и r от координат x, y для краткости будем опускать, подчеркивая тем самым единообразие алгоритма количественной интерпретации спектральных сигналов r(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k) для всех точек зарегистрированного изображения слизистой оболочки. Численные значения коэффициентов регрессий будем определять с использованием «обучающего» ансамбля реализации r(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k), FtHb и S, соответствующего аппаратурным функциям конкретной эндоскопической системы. Данный ансамбль рассчитывается на основе модели переноса света в биоткани при широкой вариации ее параметров. Таким образом, априорная информация о вариациях структурных и биохимических параметров ткани в предлагаемом методе количественной интерпретации ее мультиспектральных изображений вносится на этапе численного моделирования сигналов r(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k) и отражается в значениях коэффициентов множественных регрессий между r(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k) и искомыми параметрами ткани.

Оптическая модель слизистой оболочки. Известно, что основными параметрами, характеризующими распространение оптического излучения в рассеивающей среде, являются коэффициенты поглощения k, рассеяния устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 и индикатриса рассеяния или ее средний косинус g. Причем, в оптике биологических тканей, как очень мутных сред, для описания световых полей достаточно знать не сами величины устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 и g, а их комбинацию - транспортный коэффициент рассеяния µs=устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 (1-g).

Спектр объемного коэффициента поглощения слизистой оболочки k(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ) моделируется в виде линейной комбинации спектров поглощения ее хромофоров. В видимой области основными поглощающими хромофорами биоткани являются оксигемоглобин и деоксигемоглобин, поэтому выражение для объемного коэффициента поглощения слизистой оболочки имеет вид:

устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087

где kt(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 )=A·exp[-B(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 -устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 0)] - объемный коэффициент поглощения обескровленной ткани, устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 0=600 нм, А (мм-1) и В (нм-1 ) - параметры, характеризующие спектральную зависимость k t; FtHb (г/л) - концентрация общего гемоглобина в биологической ткани; MHb=64500 г/моль - молярная масса гемоглобина; устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 и устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 Hb - молярные коэффициенты поглощения оксигемоглобина и деоксигемоглобина соответственно [4]; S - степень оксигенации крови; устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 (DV,устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ) - поправочный коэффициент, учитывающий эффект локализованного поглощения света кровеносными сосудами [5]; DV - средний диаметр кровеносных сосудов.

Согласно данным [2, 6-8] транспортный коэффициент рассеяния биологических тканей в видимой области спектра с хорошей точностью аппроксимируется степенной зависимостью

устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087

где устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 0=632 нм; Cs и устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 - структурные параметры ткани, характеризующие объемное содержание и размер ее «эффективных» рассеивателей. Для описания процесса рассеяния излучения используется однопараметрическая функция Хеньи-Гринштейна [9] с фактором анизотропии рассеяния g.

С учетом показателя преломления ткани и; оптическая модель слизистой оболочки определяется 9 параметрами: nt , g, А, В, Cs, устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 , FtHb, D, S. В табл.1 приведены диапазоны их вариаций, выбранные путем критического анализа результатов различных авторов для нормальных и опухолевых тканей слизистых оболочек полости рта, пищевода, органов желудочно-кишечного тракта и легких. Модельные параметры могут варьироваться независимо друг от друга, но при каждой их комбинации спектральные значения оптических параметров ткани k(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ), µs(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ) не должны выходить из диапазонов, наблюдаемых в эксперименте. Исходя из вышеуказанных литературных данных, выбраны следующие ограничения: 1) 0.04устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k(632 нм)устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 0.5 мм-1; 2) 1.0устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 (632 нм)устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 50, где устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087s/k.

Путем независимых вариаций модельных параметров с учетом выполнения вышеуказанных ограничений, сформирован ансамбль из 103 реализаций k(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ), µs(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ), g и nt. Для каждой реализации методом Монте-Карло [9] рассчитан коэффициент диффузного отражения R(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ) на 26 длинах волн (450, 460, 470, 480, 495, 506, 514, 522, 530, 540, 548, 560, 564, 568, 574, 580, 586, 594, 600, 610, 620, 630, 640, 660, 676, 700 нм), характеризующих основные особенности спектральных кривых поглощения хромофоров биологической ткани в видимой области спектра. Расчет R(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ) выполнялся для однородного фантома ткани толщиной 4 мм с использованием 500000 фотонов.

Табл.1. Диапазоны вариаций параметров оптической модели слизистой оболочки
ПараметрДиапазон
nt 1.35-1.45
g 0.5-0.95
А 0.01-0.10 мм-1
В 0.001-0.028 нм-1
Cs1.5-2.5 мм-1
устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 1.0-2.5
FtHb0.5-40 г/литр
DV5-30 мкм
S 40-99%

Следует отметить, что использование метода Монте-Карло для расчета коэффициентов R(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ) требует больших затрат машинного времени, что является особенно критичным при большой выборке реализации R(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ). В связи с этим нами разработан простой аналитический метод расчета R(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ), позволяющий в явном виде рассчитать коэффициент диффузного отражения среды с известными значениями показателя преломления n, коэффициента поглощения k и транспортного коэффициента рассеяния µs. Для этого используется выражение

устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087

где rc - коэффициент отражения нормально падающего излучения от поверхности среды; rd - коэффициент отражения поверхности среды, освещенной диффузным потоком изнутри [10]; Rc и Rd - коэффициенты отражения среды без внешней границы при направленном и диффузном освещении соответственно. Коэффициенты Rc и R d рассчитываются при помощи аналитических выражений, связывающих их с оптическими параметрами среды k и µs:

устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087

где устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 . Значения коэффициентов Am, Bm и Cm, получены путем аппроксимации расчетов R(n, k, µs) методом Монте-Карло и приведены в табл.2. Диапазоны значений параметров n, k, µs для которых правомерна аппроксимация (7) характерны для большинства биологических тканей в видимой области спектра: 0.01устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 kустройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 8 мм-1, 1.0устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 µsустройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 5 мм-1, 0.3устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 µs/kустройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 110 мм-1, 1.35устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 nустройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 1.45 мм-1. Средняя погрешность расчета коэффициента диффузного отражения по формулам (6), (7) относительно методом Монте-Карло составляет 1%, максимальная не превышает 6%.

Табл.2. Коэффициенты Am , Bm и Cm выражения (7)
mкоэффиценты для Rc коэффциенты для Rd
Am BmCm AmBm Cm
0 4.0190-2.9329 0.00001.8691-1.1374 0.0000
1 3.96480.1549 0.96971.85150.3382 0.3684
2 1.5931-0.6950 -0.69480.9910 -0.8309-0.8309
30.3371 0.33711.5931 0.97040.97040.9911

Для подтверждения корректности используемой оптической модели слизистой оболочки и разработанного метода расчета коэффициента диффузного отражения проведено сравнение результатов моделирования спектра R(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ) с экспериментальными данными. Для этого использовались результаты in-vivo измерений спектра диффузного отражения нормальной и раковой ткани легких, проводимых в работе [3] на базе широкополосного источника света, собирающего оптического волокна и спектрометра. Поскольку в условиях проведения эндоскопии практически невозможно соблюсти идентичные условия посылки и регистрации излучения для исследуемой ткани и калибровочного образца, то абсолютные измерения R(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ) неизбежно отягощены влиянием мультипликативных геометрических параметров и использование таких измерений для валидации модельных расчетов R(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ) не является корректным. Однако для решаемой задачи абсолютные значения R(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ) не представляют особого интереса, поскольку нормированные изображения r(x, y, устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k) зависят лишь от относительной спектрального хода R(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ). В связи с этим для валидации модельных расчетов использовались нормированные экспериментальные зависимости R(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 )/R(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 0), где устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 0=700 нм. Данные зависимости для двух анатомических участков слизистой оболочки легких изображены на фиг.2, 3. Там же приведены результаты расчета R(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 )/R(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 0) вышеописанным методом при следующих значениях модельных параметров (числитель - нормальная ткань, знаменатель - опухоль): nt=1.35/1.35; А=3.2/5.2(10-2 мм-1), B=2.1/1.9(10-2 нм-1), Cs=1.72/1.63 (мм-1), устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 =1.0/1.0, FtHb=4.05/10.8 (г/л), DV =5.0/5.0 (мкм), S=0.78/0.98. Как видно, используемый аналитический метод расчета R(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ) позволяет достаточно хорошо (в пределах погрешностей измерения и оцифровки экспериментальных данных) воспроизвести экспериментальные зависимости R(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 )/R(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 0). К сожалению, точные значения параметров ткани, соответствующие экспериментальным данным, не известны, поэтому сделать вывод о точности их количественных оценок не представляется возможным. Тем не менее, полученные значения параметров характеризуют структуру и биохимический состав ткани в количественном аспекте и, вне всякого сомнения, могут использоваться для количественной интерпретации мультиспектральных эндоскопических изображений. Так, в частности, найденные значения модельных параметров демонстрируют существенные различия содержания гемоглобина и степени оксигенации крови в нормальной и опухолевой тканях, возможность выявления которых является ключевым моментом при ранней диагностике злокачественных новообразований.

Выбор оптимальных спектральных участков. На основе вышеописанной модели сформирован набор «обучающий» данных по параметрам слизистой оболочки и спектральным коэффициентам ее диффузного отражения R(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ) (26 спектральных значений). Расчет соответствующих им сигналов r(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k) требует знания аппаратурной функций A(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ), учитывающей мощности излучателей, чувствительности матрицы и пропускания оптики. При известной функции A(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ) коэффициенты аналитических выражений, связывающих сигналы r(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k) с искомыми параметрами слизистой оболочки, могут быть легко определены методом наименьших квадратов. Однако перед этим необходимо определить оптимальное количество спектральных измерений r(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k), позволяющих определять искомые параметры ткани практически с такой же точностью, как и на основании анализа всего спектра ее диффузного отражения. Для этого проведем анализ линейно-независимых компонент, содержащихся в сигналах r(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k)=A(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k)R(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k)/R(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 0) соответствующих узким спектральным участкам устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 kустройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k где k=1, устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 , 25; устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 0=700 нм. Значения устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k в порядке возрастания индекса k указаны выше. Функцию A(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k) без ограничения общности можно положить равной единице.

Известно, что системой ортонормированных векторов, позволяющих оптимальным образом аппроксимировать любую реализацию случайного вектора x, является система собственных векторов его ковариационной матрицы [11]. При этом отношение суммы соответствующих собственных чисел li к следу матрицы (суммарной дисперсии компонент x) характеризует точность этой аппроксимации и определяет меру значимости процессов, описываемых этими собственными векторами в общей изменчивости вектора х. Число линейно-независимых компонент x определяется номером собственного числа, для которого li>устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 x2, где устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 x - погрешность измерений x [12]. Результаты анализа собственных чисел ковариационной матрицы r(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k) показывают, что при устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 r>2% сигналы r(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k) содержат не более пяти линейно-независимых компонент устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 . Следовательно, использование шести спектральных участков (с учетом нормировочной длины волны устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 0) позволяет извлечь большую часть информации, содержащейся в r(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k).

Оптимальные значения устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k выбирались путем компьютерного перебора различных комбинаций из вышеуказанного набора длин волн и оценки соответствующих им погрешностей восстановления параметров FtHb и S. Для каждой комбинации устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k методом наименьших квадратов определялись коэффициенты регрессии между рассматриваемыми параметрами и r(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k). Использовалась следующее уравнения регрессии:

устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087

где К - количество спектральных слоев в мультиспектральном изображении ткани, y - параметр ткани (F tHb или S). Далее перебирались все смоделированные реализации r(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k) и для каждой из них вычислялись параметры FtHb и S с использованием регрессий (8) в которых на значения r(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k) накладывались случайные отклонения в пределах 1% (для оценки чувствительности регрессий к погрешностям оптических измерения). Полученные значения параметров FtHb и S сравнивались с их истинными значениями и вычислялись погрешности восстановления искомых параметров. Оптимальной комбинацией устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k принята та, которой соответствует наибольшая информативность сигналов r(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k) относительно искомых параметров. В качестве меры информативности бралась величина

устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087

где индекс n обозначает номер реализации модельных параметров; N - полное количество реализации; устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 и устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 Sn - относительные погрешности восстановления параметров FtHb и S на основе регрессий (8); устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 и устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 - средние значения параметров FtHb и S. Каждое слагаемое в выражении (9) представляет собой отношение априорной и апостериорной неопределенностей искомого параметра. Для рассматриваемого набора длин волн максимум Ф достигается при следующих значениях устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k: 450, 480, 580, 594, 610 нм. На фиг.4, 5 представлены результаты сопоставления известных значений параметров F tHb и S со значениями устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 и S*, восстановленными из сигналов r(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k) по формуле (8) в условиях общей вариативности всех других модельных параметров. Средние погрешности восстановления параметров FtHb и S, соответствующие данной комбинации длин волн, составляют 12.3 и 1.9% соответственно. Следует отметить, что возможны и другие комбинации длин волн, обеспечивающие примерно такую же точность определения рассматриваемых параметров.

Таким образом, обработка спектральных изображений ткани по формулам регрессий (3) или (8) включает лишь использование простейших арифметических операций и может быть легко запрограммирована на микропроцессоре. При этом не требуется решение уравнения переноса излучения и использование сложных математических алгоритмов решения некорректных обратных задач. Для восстановления параметров ткани не требуется также и использование априорной информации или предположений о фиксированном значении одного или нескольких параметров ткани, поскольку ансамбль реализации модельных параметров полностью охватывает область реальных значений параметров ткани.

Количественная интерпретация цветных изображений слизистой оболочки. Наиболее простой вариант реализации заявляемого устройства может быть основан на использовании широкополосного источника света и ПЗС-матрицы, позволяющей получать изображения в нескольких спектральных участках, например в синем, зеленом и красном (цветной RGB матрицы). Сигналы на выходе RGB матрицы определяются в соответствии с формулой

устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087

где P(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ) - спектральная мощность источника света; x, y - координаты элемента поверхности ткани; G(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 , x, y) - геометрический фактор, зависящий от пространственного распределения освещенности ткани и угла устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 между нормалью к поверхности ткани и осью собирающей линзы; R(x, y, устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ) - спектральный коэффициент диффузного отражения ткани; устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 (устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ) - спектральное пропускание оптического волокна и собирающей линзы; Sk(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ) - спектральная чувствительность матрицы в красном (R), зеленом (G) и синем (B) спектральном участках; k=R, G, В.

Рассмотрим возможность использования сигналов (10) для определения концентрации гемоглобина в слизистой оболочке. Рассмотрение проведем на примере устройства со спектральными характеристиками Р(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ) и Sk(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ), приведенными на фиг.6. Функцию пропускания устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 (устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ) в диапазоне устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 =400-700 нм будем полагать равной единице.

Из сигналов (10), можно получить только два нормированных сигнала, независящих от пространственного распределения освещенности ткани и положения ткани относительно блока регистрации изображения, - устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 и устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 . Для получения аналитического выражения, связывающего сигналы rBR и rGR с концентрацией гемоглобина в ткани FtHb проведен расчет rBR и r GR в рамках вышеописанной модели слизистой оболочки при различных комбинациях модельных параметров. При каждой комбинации параметров по формулам (4)-(7) рассчитывались спектральные профили R(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ) и выполнялось их интегрирование с учетом аппаратурных функций P(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ) и Sk(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 ) для получения RGB сигналов V(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k) и нормированных сигналов rBR и rGR.

На фиг.7 представлен ансамбль рассчитанных сигналов и соответствующих им значений FtHb . Видно, что представленные точки (rBR, rGR , FtHb) расположены вблизи некоторой поверхности в трехмерном пространстве. Разброс точек относительной этой поверхности обусловлен общей вариативностью рассеивающих и поглощающих свойств соединительной ткани, диаметра капилляров с кровью и других параметров слизистой оболочки. Для аппроксимации поверхности, образованной точками (rBR, rGR, FtHb), использовался полином вида

устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087

Коэффициенты amp определялись по методу наименьших квадратов. На фиг.8 сопоставлены точные и рассчитанные с использованием аппроксимирующей функции (11) значения концентрации гемоглобина. Средняя погрешность оценки значения FtHb с использованием полинома (11) составляет 12.9%. Таким образом, рассматриваемые измерения сигналов r BR и rGR позволяют определять значение F tHb с точностью, сравнимой с точностью определения данного параметра на основе вышерассмотренных оптимальных измерений r(устройство для определения концентрации гемоглобина и степени   оксигенации крови в слизистых оболочках, патент № 2528087 k) - Аналитическое выражение (11) может быть легко включено в программу компьютерной обработки RGB-сигналов (10), что позволит конвертировать цветное изображение исследуемого участка ткани в высококонтрастную картину распределения в нем гемоглобина.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет в реальном масштабе времени получать двумерные распределения концентрации гемоглобина и степени оксигенации крови в слизистых оболочках по их спектральным изображениям. Данное устройство может с успехом использоваться в ходе проведения эндоскопических исследований слизистых оболочек полости рта, пищевода, органов желудочно-кишечного тракта и легких. Получаемые на его основе данные позволят от субъективного (визуального) исследования слизистой оболочки перейти к объективной (количественной) оценке ее состояния и в значительной мере повысить точность ранней диагностики онкологических заболеваний.

Литература.

1. Tajri, H. Proposal for consensus terminology in endoscopy: how should different endoscopic imaging techniques be grouped and defined? / H.Tajri, H.Niwa // Endoscopy.2008. - Vol.40, № 9. - P.775-778.

2. Bargo, P.R. In vivo determination of optical properties of normal and tumor tissue with white light reflectance and an empirical light transport model during endoscopy / P.R.Bargo [et. al.] // J.Biomed. Opt. - 2005. - Vol.10, № 3. - P.034018-1-15.

3. Patents US 2009/0270702 A1, A61B 5/1455, A61B 6/00, Oct. 29, 2009.

4. Prahl, S.A. Optical absorption of hemoglobin [Электронный ресурс] / S.A.Prahl, - Режим доступа: http://omlc.ogi.edu/spectra/hemoglobin/index.html, свободный. - Название с экрана.

5. Барун, В.В. Оценка вклада локализованного поглощения света кровеносными сосудами в оптические свойства биологической ткани / В.В.Барун, А.П.Иванов // Оптика и спектр. - 2004. - Vol.96, № 6. - P.1019-1024.

6. Bashkatov, A.N. Optical properties of human skin, subcutaneous and mucous tissues in the wavelength range from 400 to 2000 nm / A.N.Bashkatov, E.A.Genina, V.I.Kochubey, V.V.Tuchin // J. Phys. D: Appl. Phys. - 2005. - Vol.38. P.2543-2555.

7. Giraev, K.M. Optical absorption and scattering spectra of pathological stomach tissues / Giraev K.M., Ashurbekov N.A., Lakhina M.A. // J. Appl. Spectr. - 2011. - Vol.78, № 1. P.95-102.

8. Zonios, G. Diffuse reflectance spectroscopy of human adenomatous colon polyps in vivo / G.Zonios [et. al.] // Appl. Opt. - 1999. - Vol.38, № 31. P.6628-6637.

9. Wang, L. MCML - Monte Carlo modeling of photon transport in multi-layered tissues / L.Wang, S.L.Jacques, L.Zheng // Computers Methods and Programs in Biomedicine. - 1995. - № 47. - P.131-146.

10. Egan W.G., Hilgerman T.W., Reichman J. Determination of absorption and scattering coefficients for nonhomogeneous media // Appl. Opt., 1973. Vol.12, № 8. P.1816-1823.

11. Эсбенсен, К. Анализ многомерных данных, пер. с англ. под ред. О.Радионовой. - Черноголовка: ИПХФ РАН, 2005. С.50-98.

12. Veselovskii, I. Information content of multiwavelength lidar data with respect to microphysical particle properties derived from eigenvalue analysis /I. Veselovskii [et. al.] // Appl. Opt. - 2005. - Vol.44, № 25. - P. 5292-5303.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2528087

patent-2528087.pdf

Класс G01N33/49 крови

способ отбора подростков в группу риска по развитию артериальной гипертензии -  патент 2528901 (20.09.2014)
способ прогнозирования стадии рассеянного склероза с учетом показателей иммунологического статуса -  патент 2528882 (20.09.2014)
способ прогнозирования развития рассеянного склероза с учетом иммуно-метаболических показателей -  патент 2528879 (20.09.2014)
способ исследования скорости всасывания аминокислот в пищеварительном тракте -  патент 2527349 (27.08.2014)
способ определения глутатиона в эритроцитах периферической крови -  патент 2526832 (27.08.2014)
способ прогнозирования эффективности лечения и течения опухолевого процесса у больных раком носоглотки -  патент 2526830 (27.08.2014)
способ диагностики аутоиммунного поражения вегетативных структур желудочно-кишечного тракта -  патент 2526812 (27.08.2014)
способ определения тактики лечения детей с хроническим гастродуоденитом -  патент 2526167 (20.08.2014)
способ оценки степени выраженности реактивного ответа организма -  патент 2526154 (20.08.2014)
способ оценки in vitro индивидуальной реакции организма пациента на действие фармакологического препарата -  патент 2526134 (20.08.2014)

Класс G01N21/47 дисперсионная способность, те диффузионное отражение

оптическое исследовательское устройство, выполненное с возможностью, по меньшей мере, частичного помещения в мутную среду -  патент 2526929 (27.08.2014)
способ и устройство для оптического измерения распределения размеров и концентраций дисперсных частиц в жидкостях и газах с использованием одноэлементных и матричных фотоприемников лазерного излучения -  патент 2525605 (20.08.2014)
способ оптического детектирования и устройство для оптического детектирования состояния суставов -  патент 2524131 (27.07.2014)
способ определения глубины проникновения света в кожу и устройство для его реализации -  патент 2521838 (10.07.2014)
способ и устройство для проведения оптических исследований содержимого мутных сред -  патент 2507503 (20.02.2014)
устройство для измерения оптических характеристик светорассеяния в двухфазных газодинамических потоках -  патент 2504754 (20.01.2014)
устройство формирования изображения и способ формирования изображения с использованием оптической когерентной томографии -  патент 2503949 (10.01.2014)
способ измерения прозрачности, концентрации газовых компонент рассеивающих сред на двухволновом лазере -  патент 2480737 (27.04.2013)
устройство и способ для наблюдения поверхности образца -  патент 2473887 (27.01.2013)
способ определения мутности среды -  патент 2471175 (27.12.2012)

Класс A61B5/1455 с использованием оптических сенсоров, например спектральных фотометрических оксиметров

способ неинвазивного измерения концентрации глюкозы в крови и устройство для его осуществления -  патент 2515410 (10.05.2014)
способ определения концентрации билирубина -  патент 2511747 (10.04.2014)
способ определения концентраций хромофоров биологической ткани -  патент 2506567 (10.02.2014)
способ диагностики рецидивов и метастазов злокачественных новообразований после радикального лечения -  патент 2502469 (27.12.2013)
способ определения концентрации гемоглобина в биологических тканях -  патент 2501522 (20.12.2013)
способ прогнозирования эффективности лучевой терапии злокачественных новообразований орофарингеальной зоны -  патент 2500348 (10.12.2013)
устройство неинвазивного определения химических компонентов крови (варианты) -  патент 2478197 (27.03.2013)
способ диагностики ишемической гастропатии методом эндоскопической лазерной допплеровской флоуметрии -  патент 2471429 (10.01.2013)
способ диагностики ишемической колопатии -  патент 2471428 (10.01.2013)
способ транскутанной диагностики хронической недостаточности кровообращения по чревному стволу методом лазерной допплеровской флоуметрии -  патент 2471425 (10.01.2013)
Наверх