Claims (32)
1. Способ определения состояния биологической ткани, заключающийся в воздействии на биологическую ткань электромагнитным излучением, регистрации вышедшего из тканей вторичного оптического излучения и определении по вторичному оптическому излучению характеристик исследуемой биологической ткани, отличающийся тем, что электромагнитное излучение оптического диапазона с использованием одновременно или поочередно не менее чем двух длин волн подводят к исследуемому участку биологической ткани через смеситель излучения, вторичное оптическое излучение одновременно воспринимают не менее чем в двух точках на поверхности исследуемого участка биологической ткани, расположенных на расстоянии друг от друга и на разном расстоянии от участка биологической ткани, на который воздействуют электромагнитным излучением, при этом характеристики исследуемой биологической ткани определяют по спектральным статическим и/или динамическим характеристикам вторичного оптического излучения, полученного от упомянутых, не менее чем двух оптических приемников вторичного излучения.1. A method for determining the state of biological tissue, which consists in exposing the biological tissue to electromagnetic radiation, registering the secondary optical radiation emerging from the tissues and determining the characteristics of the biological tissue under study from the secondary optical radiation, characterized in that the electromagnetic radiation of the optical range using simultaneously or alternately at least than two wavelengths lead to the studied area of biological tissue through a radiation mixer, a secondary optical At the same time, the radiation of the biological tissue is detected at least at two points on the surface of the studied area of biological tissue located at a distance from each other and at different distances from the area of biological tissue affected by electromagnetic radiation, while the characteristics of the studied biological tissue are determined by spectral static and / or the dynamic characteristics of the secondary optical radiation received from the aforementioned at least two optical receivers of the secondary radiation.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вторичное излучение от каждого оптического приемника распределяют по спектральным оптическим блокам, в первом из которых осуществляют регистрацию статических и динамических сигналов основного спектра на длинах волн источников излучения, во втором спектральном оптическом блоке – регистрацию статических сигналов боковых спектров неупругого рассеяния от биологической ткани.2. The method according to claim 1, characterized in that the secondary radiation from each optical receiver is distributed over the spectral optical units, in the first of which the static and dynamic signals of the main spectrum are recorded at the wavelengths of the radiation sources, in the second spectral optical unit, the registration of static signals of the side spectra of inelastic scattering from biological tissue.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что первый спектральный оптический блок содержит “n” быстродействующих фотоприемников, излучение на которые из основного потока выделяют селективными по спектру зеркалами, выделяющими необходимые для регистрации спектральные диапазоны длин волн.3. The method according to claim 2, characterized in that the first spectral optical unit contains “n” high-speed photodetectors, the radiation from which is emitted from the main stream by spectrum-selective mirrors that select the spectral ranges of wavelengths necessary for recording.
4. Способ по п.2, отличающийся тем, что первый спектральный оптический блок содержит “n” быстродействующих фотоприемников, излучение на которые из основного потока выделяют неселективными по спектру делителями (расщепителями) вторичного излучения, при этом для выделения необходимых для регистрации спектральных диапазонов длин волн перед фотоприемниками установлены соответствующие оптические фильтры.4. The method according to claim 2, characterized in that the first spectral optical unit contains “n” high-speed photodetectors, the radiation from which is emitted from the main stream by nonselective divisors (splitters) of secondary radiation, while for highlighting the necessary spectral ranges of lengths waves in front of the photodetectors installed appropriate optical filters.
5. Способ по п.2, отличающийся тем, что второй спектральный оптический блок выполнен по схеме полихроматоров с использованием дифракционной решетки в качестве диспергирующего элемента и оптической системы формирования луча, при этом полученное и разложенное в спектр излучение подают на систему высокочувствительных фотоприемников.5. The method according to claim 2, characterized in that the second spectral optical unit is made according to the polychromator scheme using a diffraction grating as a dispersing element and an optical beam-forming system, while the radiation received and decomposed into the spectrum is supplied to a system of highly sensitive photodetectors.
6. Способ по любому из пп.2-5, отличающийся тем, что выходящие с фотоприемников первого спектрального оптического блока электрические сигналы подают на блок предварительного усиления, представляющего собой набор из “n” широкополосных усилителей электрических сигналов, полученные усиленные сигналы подают на вход блока выделения и усиления, в котором производят выделение и усиление переменной и постоянной составляющих для каждого сигнала отдельно, выход блока выделения и усиления соединен с входом блока оцифровки сигналов, с выхода которого сигнал через блоки коммутации и передачи подают в блок обработки результатов диагностики.6. The method according to any one of claims 2-5, characterized in that the electrical signals coming from the photodetectors of the first spectral optical unit are supplied to a pre-amplification unit, which is a set of “n” broadband amplifiers of electrical signals, the received amplified signals are fed to the input of the unit separation and amplification, in which the extraction and amplification of the variable and constant components for each signal are performed separately, the output of the extraction and amplification unit is connected to the input of the signal digitizing unit, from the output of which th signal through switching and transmission blocks supplied to the processing unit diagnostic results.
7. Способ по любому из пп.2-6, отличающийся тем, что выходящие с набора фотоприемников второго спектрального оптического блока электрические сигналы подают через блоки усиления, оцифровки сигналов, коммутации и передачи в блок обработки результатов диагностики.7. The method according to any one of claims 2 to 6, characterized in that the electrical signals emerging from the set of photodetectors of the second spectral optical unit are fed through amplification, signal digitization, switching and transmission units to the diagnostic results processing unit.
8. Способ по п.6 или 7, отличающийся тем, что в блоке управления и обработки результатов на первом этапе методом решения прямой и обратной задачи оптики светорассеивающих сред вычисляют статические и динамические параметры биологических тканей, на втором этапе по полученным статическим оптико-физическим параметрам тканей методом спектроскопии поглощения вычисляют уровни накопления (концентрации) в тканях и (или) ее отдельных слоях определяемых биохимических и клеточных компонентов, на третьем этапе по полученным динамическим параметрам методами обработки сигналов доплерографии, например, методом Фурье-анализа, и методами фотоплетизматической обработки данных вычисляют количественные биофизические параметры, характеризующие состояние микроциркуляторного русла биологической ткани.8. The method according to claim 6 or 7, characterized in that in the control and processing unit at the first stage, the method of solving the direct and inverse problems of optics of light-scattering media calculate the static and dynamic parameters of biological tissues, at the second stage according to the obtained static optical-physical parameters tissues by absorption spectroscopy, the levels of accumulation (concentration) in the tissues and (or) its individual layers of the determined biochemical and cellular components are calculated, at the third stage according to the obtained dynamic parameters using Doppler signal processing methods, for example, Fourier analysis, and photoplethysmatic data processing methods, quantitative biophysical parameters characterizing the state of the microvasculature of biological tissue are calculated.
9. Способ определения состояния биологической ткани, заключающийся в воздействии на биологическую ткань электромагнитным излучением, регистрации вышедшего из тканей вторичного оптического излучения и определении по вторичному оптическому излучению характеристик исследуемой биологической ткани, отличающийся тем, что электромагнитное излучение оптического диапазона длин волн с использованием одновременно или поочередно не менее чем двух длин волн через смеситель излучения подводят к исследуемому участку биологической ткани, вторичное оптическое излучение воспринимают одновременно не менее чем в двух пространственных точках на поверхности исследуемого участка биологической ткани, определяют по параметрам вторичного оптического излучения, полученным от упомянутых не менее чем двух пространственных точек, оптико-физические и динамические характеристики биологической ткани, вычисляют уровень накопления в ткани биохимических компонентов, а анализ функционального состояния биологической ткани осуществляют на основе медико-биологического алгоритма, в котором компоненты биохимического состава и показатели динамических характеристик биологической ткани используются в заданных весовых соотношениях.9. A method for determining the state of biological tissue, which consists in exposing the biological tissue to electromagnetic radiation, detecting secondary optical radiation emerging from the tissues, and determining the characteristics of the biological tissue under study from the secondary optical radiation, characterized in that the electromagnetic radiation of the optical wavelength range is used simultaneously or alternately at least two wavelengths through the radiation mixer lead to the studied area of biological tissue, second optical radiation is perceived simultaneously in at least two spatial points on the surface of the studied area of biological tissue, determined by the parameters of secondary optical radiation obtained from the mentioned at least two spatial points, the optical-physical and dynamic characteristics of biological tissue are calculated, and the accumulation level in the tissue is calculated biochemical components, and the analysis of the functional state of biological tissue is carried out on the basis of a biomedical algorithm in which components of the biochemical composition and dynamic characteristics of biological tissue are used in predetermined weight ratios.
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что по параметрам вторичного оптического излучения определяют оптико-физические характеристики многослойной среды биологической ткани, например, методом решения прямой и обратной задачи оптики.10. The method according to claim 9, characterized in that the parameters of the secondary optical radiation determine the optical and physical characteristics of the multilayer environment of biological tissue, for example, by solving the direct and inverse problems of optics.
11. Способ по п.9 или 10, отличающийся тем, что по оптико-физическим параметрам многослойной среды биологической ткани вычисляют, например, методом спектроскопии поглощения концентрацию биохимических компонентов в биологической ткани.11. The method according to claim 9 or 10, characterized in that the optical-physical parameters of the multilayer environment of biological tissue calculate, for example, by absorption spectroscopy the concentration of biochemical components in biological tissue.
12. Способ по любому из пп.9-11, отличающийся тем, что по параметрам вторичного оптического излучения путем обработки доплерограмм, например, методом Фурье-анализа, и путем обработки фотоплетизмограмм, вычисляют динамические параметры, характеризующие состояние микроциркуляторного русла биологической ткани.12. The method according to any one of claims 9 to 11, characterized in that according to the parameters of the secondary optical radiation by processing dopplerograms, for example, by the Fourier analysis, and by processing photoplethysmograms, dynamic parameters characterizing the state of the microvasculature of the biological tissue are calculated.
13. Способ по любому из пп.9-12, отличающийся тем, что по комбинации в заданных весовых соотношениях уровней концентрации биохимических компонентов и динамических характеристикам биологической ткани с использованием стандартных алгоритмов статистико-вероятностной классификации по известной заранее контрольной выборке на основе формируемых врачом решающих правил определяют функциональное состояние биологических тканей, при этом уровни концентрации являются оптическими маркерами состояния ткани, а показатели динамических характеристик характеризуют состояние ее микроциркуляторного русла.13. The method according to any one of claims 9-12, characterized in that according to the combination in predetermined weight ratios of the concentration levels of biochemical components and the dynamic characteristics of the biological tissue using standard statistical probability classification algorithms according to a known control sample based on the decision rules formed by the doctor determine the functional state of biological tissues, while the concentration levels are optical markers of the state of the tissue, and indicators of dynamic characteristics IR characterize the state of its microvasculature.
14. Способ по п.9, отличающийся тем, что длины волн электромагнитного излучения выбирают в соответствии с оптическими характеристиками основных клеточных и биохимических компонентов ткани, а зондирование ткани производят в локальном участке выбранной поверхности биологической ткани.14. The method according to claim 9, characterized in that the wavelengths of electromagnetic radiation are selected in accordance with the optical characteristics of the main cellular and biochemical components of the tissue, and tissue sensing is performed in the local area of the selected surface of the biological tissue.
15. Способ по п.9, отличающийся тем, что вторичное оптическое излучение от каждой упомянутой точки съема информации распределяют по отдельным спектральным блокам, в первом из которых регистрируется и выделяется полезный сигнал, определяемый статическими и динамическими характеристиками биоткани, а во втором канале регистрируется и выделяется полезный сигнал, определяемый биохимическими компонентами биоткани.15. The method according to claim 9, characterized in that the secondary optical radiation from each of the mentioned data pickup points is distributed into separate spectral blocks, in the first of which a useful signal is detected and allocated, determined by the static and dynamic characteristics of the biological tissue, and is recorded in the second channel and a useful signal is determined by the biochemical components of the biological tissue.
16. Способ по п.9, отличающийся тем, что выходящие с фотоприемников первого спектрального оптического блока электрические сигналы после предварительного усиления и фильтрации разделяют на переменную и постоянную составляющие и затем подают в блок обработки результатов диагностики.16. The method according to claim 9, characterized in that the electrical signals emerging from the photodetectors of the first spectral optical unit after separation and filtering are separated into variable and constant components and then fed to the diagnostic results processing unit.
17. Способ по п.9, отличающийся тем, что выходящие с фотоприемников второго спектрального оптического блока электрические сигналы после предварительного усиления и фильтрации подают в блок обработки результатов диагностики.17. The method according to claim 9, characterized in that the electrical signals coming from the photodetectors of the second spectral optical unit, after preliminary amplification and filtering, are fed to the diagnostic results processing unit.
18. Способ по любому из пп.1-17, отличающийся тем, что дополнительно контактно или бесконтактно регистрируют температуру поверхности ткани в обследуемой области.18. The method according to any one of claims 1 to 17, characterized in that the surface temperature of the tissue in the examined area is additionally contacted or non-contact.
19. Диагностическая система для определения состояния биологической ткани, включающая по крайней мере один источник электромагнитного излучения, генерирующий излучение в оптическом диапазоне, систему транспортировки излучения от источников к исследуемой ткани и систему транспортировки вторичного излучения от ткани в систему обработки, отличающаяся тем, что система транспортировки вторичного излучения содержит не менее двух оптических приемников вторичного излучения, при этом оптические приемники вторичного излучения установлены на разном расстоянии от выхода системы транспортировки излучения от источников излучения к исследуемой ткани.19. A diagnostic system for determining the state of biological tissue, including at least one source of electromagnetic radiation generating radiation in the optical range, a system for transporting radiation from sources to the tissue under investigation, and a system for transporting secondary radiation from tissue to a processing system, characterized in that the transportation system secondary radiation contains at least two optical receivers of secondary radiation, while optical receivers of secondary radiation are installed on and at different distances from the output of the radiation transport system from the radiation sources to the tissue under study.
20. Диагностическая система по п.19, отличающаяся тем, что система транспортировки излучения от источников к исследуемой ткани содержит смеситель излучения.20. The diagnostic system according to claim 19, characterized in that the system for transporting radiation from sources to the tissue under study contains a radiation mixer.
21. Диагностическая система по п.19, отличающаяся тем, что системы транспортировки излучения и смеситель излучения выполнены в виде единого гибкого многожильного световода с внешним диаметром не более 2 мм.21. The diagnostic system according to claim 19, characterized in that the radiation transport system and the radiation mixer are made in the form of a single flexible multicore fiber with an external diameter of not more than 2 mm.
22. Диагностическая система по пп.19 и 20, отличающаяся тем, что смеситель выполнен в виде моноволокна, последовательно соединенного с гибким многожильным световодом.22. The diagnostic system according to PP.19 and 20, characterized in that the mixer is made in the form of a monofilament connected in series with a flexible multicore fiber.
23. Диагностическая система по п.21, отличающаяся тем, что смеситель излучения выполнен в виде оптоволоконного световода.23. The diagnostic system according to item 21, wherein the radiation mixer is made in the form of a fiber optic fiber.
24. Диагностическая система по п.21, отличающаяся тем, что смеситель излучения выполнен в виде устройства на основе оптических компонентов.24. The diagnostic system according to item 21, wherein the radiation mixer is made in the form of a device based on optical components.
25. Диагностическая система по любому из пп.20-24, отличающаяся тем, что система обработки содержит не менее двух спектральных оптических блоков, один из которых предназначен для регистрации сигналов основного спектра на длинах волн источников излучения, а другой предназначен для регистрации слабых сигналов боковых спектров неупругого рассеяния от биологической ткани.25. The diagnostic system according to any one of claims 20-24, characterized in that the processing system comprises at least two spectral optical units, one of which is designed to record the signals of the main spectrum at the wavelengths of the radiation sources, and the other is designed to register weak side signals inelastic scattering spectra from biological tissue.
26. Диагностическая система по п.24, отличающаяся тем, что первый спектральный оптический блок содержит “n” быстродействующих фотоприемников и селективные по спектру зеркала, установленные перед фотоприемниками, для выделения необходимых для регистрации спектральных диапазонов длин волн.26. The diagnostic system according to paragraph 24, wherein the first spectral optical unit contains “n” high-speed photodetectors and spectrum-selective mirrors mounted in front of the photodetectors to highlight the necessary spectral wavelength ranges.
27. Диагностическая система по п.25, отличающаяся тем, что первый спектральный оптический блок содержит “n” быстродействующих фотоприемников и неселективные по спектру делители (расщепители) вторичного излучения, при этом перед фотоприемниками установлены оптические фильтры, выделяющие необходимые для регистрации спектральные диапазоны длин волн.27. The diagnostic system according to claim 25, characterized in that the first spectral optical unit contains “n” high-speed photodetectors and nonselective splitters (splitters) of secondary radiation, while optical filters are installed in front of the photodetectors that highlight the spectral ranges of wavelengths necessary for recording .
28. Диагностическая система по одному из пп.25-27, отличающаяся тем, что второй спектральный оптический блок выполнен по схеме полихроматоров с использованием дифракционной решетки в качестве диспергирующего элемента, оптической системы формирования луча, а также системы высокочувствительных фотоприемников.28. The diagnostic system according to one of paragraphs.25-27, characterized in that the second spectral optical unit is made according to the polychromator scheme using a diffraction grating as a dispersing element, an optical beam-forming system, as well as a system of highly sensitive photodetectors.
29. Диагностическая система по любому из пп.25-28, отличающаяся тем, что выход фотоприемников первого спектрального оптического блока связан со входом блока предварительного усиления, выполненного в виде набора из “n” широкополосных усилителей электрических сигналов, выход блока предварительного усиления связан со входом блока выделения и усиления сигнала, выход которого соединен с входом блока оцифровки сигналов, выход блока оцифровки через блоки коммутации и передачи соединен с входом блока обработки результатов диагностики.29. Diagnostic system according to any one of paragraphs.25-28, characterized in that the output of the photodetectors of the first spectral optical unit is connected to the input of the pre-amplification unit, made in the form of a set of “n” broadband amplifiers of electrical signals, the output of the pre-amplification unit is connected to the input block extraction and amplification of the signal, the output of which is connected to the input of the block of digitization of signals, the output of the block of digitization through blocks of switching and transmission is connected to the input of the processing unit of the diagnostic results.
30. Диагностическая система по любому из пп.25-29, отличающаяся тем, что выходы набора фотоприемников второго спектрального оптического блока связаны через блоки усиления, оцифровки сигналов, коммутации и передачи с входом блока обработки результатов диагностики.30. The diagnostic system according to any one of paragraphs.25-29, characterized in that the outputs of the set of photodetectors of the second spectral optical unit are connected via amplification, signal digitization, switching and transmission units to the input of the diagnostic results processing unit.
31. Диагностическая система по любому из пп.20-31, отличающаяся тем, что она содержит систему контроля мощности оптического излучения.31. The diagnostic system according to any one of paragraphs.20-31, characterized in that it contains a system for monitoring the power of optical radiation.
32. Диагностическая система по любому из пп.20-31, отличающаяся тем, что она содержит систему регистрации оптического излучения в диапазоне 5-20 мкм, обработки данных и корелляции полученных данных с результатами регистрации и обработки данных в оптическом диапазоне менее 5 мкм.32. The diagnostic system according to any one of paragraphs.20-31, characterized in that it comprises a system for recording optical radiation in the range of 5-20 μm, processing data and correlating the received data with the results of recording and processing data in the optical range of less than 5 μm.