лечебно-диагностическое устройство для фототерапии патологических новообразований

Формула изобретения

Лечебно-диагностическое устройство для фототерапии патологических новообразований, включающее источник лазерного излучения, представляющий собой лазерный электронно-лучевой прибор с оптической системой, блоками питания электродов, фокусировки и отклонения электронного пучка, диагностически-дозирующий блок, включающий высокояркостный электронно-лучевой прибор с оптической системой, блоками питания электродов, фокусировки и отклонения электронного пучка, приемной оптической системой, монохроматором, фотоприемником и усилителем, аналого-цифровой преобразователь и блок кадровой памяти, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности работы устройства за счет повышения КПД лазерного электронно-лучевого прибора и повышения точности дозирования облучения по разным участкам опухоли в зависимости от степени поражения, в устройство дополнительно введен блок сравнения кодов и двоичный счетчик, при этом выходы разрядов блока кадровой памяти соединены с первыми выходами разрядов блока сравнения кодов, вторые входы разрядов которого соединены с выходами разрядов двоичного счетчика, вход синхронизации которого соединен с выходом кадрового синхроимпульса блока отклонения пучка лазерного электронно-лучевого прибора, выход "<> >" блока сравнения кодов соединен с входом видеоусилителя лазерного электронно-лучевого прибора.

Описание изобретения к патенту

Устройство относится к медицинской электронике, а более конкретно к устройствам для лазерной терапии злокачественных опухолей и других патологических новообразований.

Устройство прототип содержит источник лазерного излучения, включающей лазерный электронно-лучевой прибор квантоскоп с системой модуляции тока фокусировки и отклонения возбуждающего электронного пучка, видеоусилитель, выход которого соединен с упомянутой системой модуляции и оптическую систему переноса излучения квантоскопа, диагностико-зондирующий блок, включающий высокояркостный ЭЛП с отклоняющей системой и соединением с ней генератором развертки, оптическую систему переноса излучения упопянутого ЭЛП, приемную оптическую систему, монохромотор, фотодетектор, усилитель сигнала фотодетектора и контрольный телемонитор, а также аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), два цифро-аналоговых преобразователя (ЦАП), два блока кадровой памяти, блок коррекции изображения, блок выбора отображаемой информации и дополнительный генератор развертки, при этом выход усилителя сигнала фотодетектора соединен со входом АЦП, выход АЦП соединен со входом первого блока кадровой памяти, выход первого блока кадровой памяти соединен со входом блока коррекции изображения и первым входом блока выбора отображаемой информации, выход блока коррекции изображения соединен со вторым входом блока выбора отображаемой информации и входом второго блока кадровой памяти, выход блока выбора отображаемой информации соединен со входом первого ЦАП, выход первого ЦАП соединен со входом контрольного телемонитора, выход второго блока кадровой памяти соединен со входом второго ЦАП, выход второго ЦАП соединен со входом видеоусилителя квантоскопа, дополнительный генератор развертки соединен с отклоняющей системой квантоскопа. В устройстве прототипе, согласно, мощность генерации квантоскопа при облучении конкретного участка патологической биоткани (опухоли) должно быть пропорциональным степени патологического поражения этого участка, определяемой по интенсивности люминесценции накопленного в нем фотосенсибилизатора. Естественно предположить, что на облучаемых объектах могут быть участки с разной степенью поражения, а мощность излучения квантоскопа может меняться от 0 до максимального значения. Это достигается, согласно, аналоговым изменениям тока электронного пучка квантоскопа от порогового до максимального значения.

Характерной особенностью используемых в квантоскопах сильноточных электронно-оптических систем с магнитной фокусировкой электронного пучка является сильная зависимость тока магнитной линзы, необходимого для оптимальной (с точки зрения получения высокого значения КПД) фокусировки, от тока пучка (фиг. 1). Если установить значения тока фокусирующей катушки оптимальным для максимального значения тока пучка, снижается эффективность работы квантоскопа при малых значениях тока. Наоборот, если выбрать оптимальное значение тока фокусировки для припорогового режима, снижается КПД генерации при больших значениях тока пучка. Следовательно, описанное в [2] устройство не обеспечивает максимального КПД генерации квантоскопа в динамическом режиме изменения тока пучка. Кроме того, в зависимости от тока фокусирующей катушки выходная мощность может по-разному (фиг. 2) в том числе и немонотонно, зависеть от подаваемого на модулятор квантоскопа сигнала (пропорционального интенсивности люминесценции биотоками). Это препятствует достижению однозначно-определенной зависимости мощности от сигнала люминесценции, то есть, снижает точность дозирования облучения по разным участкам опухоли.

Целью изобретения является повышение эффективности работы лечебно-диагностического устройства за счет повышения КПД работы квантоскопа и точности дозирования облучения по разным участкам опухоли. Указанная цель достигается тем, что в лечебно-диагностическое устройство для диагностики и фотодинамической терапии, включающее источник лазерного излучения на основе лазерного электронно-лучевого прибора (квантоскопа) с оптической системой, блоками питания электродов, модуляции, фокусировки и отклонения электронного пучка, диагностико-дозирующий блок, включающий высокояркостный ЭЛП с оптической системой, блоками питания электродов, фокусировки и отклонения электронного пучка, приемную оптическую систему, монохромотор, фотоприемник и усилитель, а также амплитудно-цифровой преобразователь и блок кадровой памяти, дополнительно введены блок сравнения кодов и двоичный счетчик, при этом выходы разрядов блока кадровой памяти соединены с первыми входами разрядов блока сравнения кодов, вторые входы разрядов которого соединения с выходами разрядов двоичного счетчика, вход синхронизации которого соединен с выходом кадрового синхроимпульса указанного блока отклонения пучка лазерного ЭЛП, выход ("больше") блока сравнения кодов соединен со входом системы модуляции тока лазерного ЭЛП.

Авторам неизвестным источники информации, где использованы отличительные признаки предлагаемого технического решения, на основании чего авторы считают, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию изобретения "существенность отличий".

Структурная схема предлагаемого устройства показана на фиг. 3. Устройство содержит:

1 высокояркостный ЭЛП,

2 генератор развертки высокояркостного ЭЛП,

3 система переноса излучения высокояркостного ЭЛП,

4 облучаемый объект (опухоль),

5 приемная оптическая система,

6 монохромотор,

7 фотодетектор,

8 усилитель сигнала фотодетектора,

9 АЦП,

10 блок кадровой памяти,

11 блок сравнения кодов,

12 двоичный счетчик,

13 генератор развертки квантоскопа,

14 отклоняющая система квантоскопа,

15 видеоусилитель,

16 квантоскоп,

17 система переноса излучения квантоскопа.

Устройство содержит высокояркостный ЭЛП 1 с генератором развертки 2 и системой переноса излучения 3 на облучаемый объект (опухоль) 4, приемную оптическую систему 5, монохромотор 6, на выходе которого установлен фотодетектор (ФЭУ) 7 с усилителем сигнала 8, аналогово-цифровым преобразователем (АЦП) 9 и блоком кадровой памяти 10.

Разрядные выходы кадровой памяти 10 соединены с первыми входами блока сравнения кодов 11, вторые входы которого соединены с разрядными выходами счетчика 12, на тактовый вход которого поступает с генератора развертки квантоскопа 13 кадровый импульс. Выход блока сравнения кодов соединен с видеоусилителем 15, выход которого соединен с модулятором квантоскопа 16. Излучение квантоскопа 16 переносится на облучаемую биоткань оптической системой 17.

Устройство работает следующим образом.

По команде врача запускается высокояркостный ЭЛП 1 диагностико-дозирующего блока. Развертка электронного пучка этого ЭЛП осуществляется генератором развертки 2. Излучение этого ЭЛП через оптическую систему переноса излучения 3 попадает на облучаемый объект 4 (биоткань опухоли). После взаимодействия с биотканью опухоли излучение через приемную оптическую систему 5 поступает на монохромотор 6 и затем на фотодетектор 7. Сигнал фотодетектора поступает на усилитель 8, затем на вход АЦП 9, в котором преобразуется в цифровую форму. С выхода АЦП 9 двоичной код поступает на вход блока кадровой памяти 10 и запоминается там. После запоминания диагностико-дозирующий блок может быть выключен на определенное время (от 0,1 сек до нескольких секунд), то есть, высокояркостный ЭЛП может работать в малокадровом режиме. После считыванbя с блока кадровой памяти 10 сигнал с его разрядных выходов в цифровой форме поступает на блок сравнения кодов 11, на другие разрядные входы которого поступают разрядные сигналы двоичного счетчика.

Рассмотрим более подробно работу этой отличающейся от прототипа части структурной схемы. Допустим начальное значение счетчика нулевое. Тогда на выхода блока сравнения кодов будет присутствовать логическая "1" тогда, когда двоичный код на выходе кадровой памяти больше "О", т.е. равен 1, 2, 3. 15 (в случае 4-х разрядного АЦП и кадровой памяти).

Сигнал логической единицы поступает на вход видеоусилителя 15 и на модулятор квантоскопа 16. Поэтому в первый кадр облучения, будут облучены участка опухоли 4, сигнал люминесценции которой превысил порог единицы.

По окончании первого кадра импульс кадровой синхронизации переводит двоичный счетчик в состояние, когда его выходное значение равно единице. Поэтому во время второго кадра будут облучены те участки опухоли 4, сигнал люминесценции которой превысил порог "2". Таким образом за 16 кадров будет облучена вся опухоль. При этом доза облучения на каждом участке опухоли будет строго соответствовать (с точностью определенной разрядностью АЦП, памяти и счетчика) интенсивности люминесценции в режиме "диагностика" а значит и степени пораженности тканей в опухоли. То есть, для приведенного примера участки опухоли имеющие интенсивность "1" будут облучены 1 раз в 16 кадров, "2" N 2 раза и 16 кадров и т.д. Так достигается повышение точности дозирования облучения по разным участкам опухоли по сравнению с прототипом, в котором на модулятор подают аналоговый сигнал и в котором, в виду нелинейности и неоднозначности соотношения напряжения модулятора и выходной мощности невозможно получить точное дозирование облучения по различно пораженным участкам опухоли.

Максимальное КПД генерации квантоскопа в предлагаемом техническом решении достигают за счет того, что на видеоусилитель поступает во время сканирования либо логический "О", (отсутствие излучения), либо логическая "1" (наличие излучения) т. е. отсутствует динамический диапазон возбуждения и излучения и при наличии изучения можно выбрать оптимальный ток возбуждения и ток фокусировки с целью получения максимального КПД квантоскопа и эффективности облучения пораженной опухоли.

Предложенное техническое решение было найдено в процессе разработки лазерной установки для диагностики и фотодинамической терапии элокачественных опухолей.

В созданном в соответствии с предлагаемым изобретением образце устройства применены:

в качестве высокояркостного ЭЛП проекционный кинескоп типа 17ЛП1А,

в качестве источника лазерного излучения квантоскоп типа 5ЛК3,

фотодетектор на базе ФЭУ-83,

блок кадровой памяти кадровой накопитель на основе микросхем типа 565РУ7,

блок сравнения кодов на базе микросхемы КР561КП2.

Пример конкретной реализации предлагаемого устройства.

В устройстве прототипе с ЭЛП 17ЛП1А и квантоскопом 5КЛ3 красного (0,63 мкм) цвета свечения был выбран ток фокусирующей катушки, оптимальный для среднего значения тока пучка. При облучении биологического объекта C примерно равновероятными участками со слабой, средней и значительной патологией и энергопотреблением 150 Вт средняя мощность излучения составила 2,8 Вт, а экспозиция для набора дозы 560 Дж/см² на опухоли площадью 3 см² составила 10 мин.

Предлагаемое устройство обеспечило при том же энергопотреблении среднюю мощность 4,2 Вт, а экспозиция для нужной дозы на опухоли составила 6,6 мин. Таким образом, предлагаемое устройство обладает в 1,5 раза более высокой эффективностью и производительностью. В нем исключена возможность неточной дозировки облучения, обусловленной субъективным выбором оптимального тока фокусировки и обеспечена постоянная поддержка фокусировки для стабильности мощности.

Предлагаемое устройство найдет широкое применение в онкотерапии, а также лазерной и магнитолазерной терапии болезненных процессов (перитонитов, больших ожогов и ран, и т.д.).