RU2169518C1

RU2169518C1 - Method for making topic diagnosis of biological objects

Info

Publication number: RU2169518C1
Application number: RU2000109922A
Authority: RU
Inventors: С.В. Казначеев; Л.В. Молчанова; Т.И. Новоселова
Original assignee: Закрытое акционерное общество научно-производственная фирма "Новь"
Priority date: 2000-04-17
Filing date: 2000-04-17
Publication date: 2001-06-27

Abstract

FIELD: medicine. SUBSTANCE: method involves using electromagnetic energy in optical bandwidth with wavelength λ = 540±10 nm. Optic response signal is received under condition of constant distances between photodetector, radiation source and biological object surface. Irradiation is carried out under incidence angle of direct optical signal being equal to 90 deg relative to biological object surface. Statistical mean values are used as normal reference values of response signal. The values are obtained as a result of investigation of genetically and ontogenetically mediated groups of practically healthy people. EFFECT: enhanced effectiveness of operation diagnosis in examining large groups of people; increased measurement precision. 2 cl, 6 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к медицине, а именно к диагностике внутренних органов человека с использованием электромагнитной энергии оптического диапазона волн, и может быть использовано при проведении медико-биологических и биофизических исследований в различных областях практической медицины, в частности онкологии и гастроэнтерологии. The invention relates to medicine, namely to the diagnosis of internal organs of a person using electromagnetic energy of the optical wavelength range, and can be used in biomedical and biophysical studies in various fields of practical medicine, in particular oncology and gastroenterology.

Известен способ визуализации и оценки излучений человека (патент РФ N 2073831, G 01 J 1/00, 20.02.97 г.), предназначенный для определения психофизиологического состояния человека. Способ основан на воздействии в темноте световым потоком на область излучений человека и проведении фотометрических измерений параметров визуализированного оптического поля, отраженного от неоднородностей атмосферы, вызванных излучениями человека. Недостатком способа является недостаточная достоверность при диагностике внутренних органов человека, а также сложность его реализации при обследованиях больших групп людей. A known method of visualization and assessment of human radiation (RF patent N 2073831, G 01 J 1/00, 02/20/97,), designed to determine the psychophysiological state of a person. The method is based on the action in the dark of the light flux on the region of human radiation and photometric measurements of the parameters of the visualized optical field reflected from inhomogeneities of the atmosphere caused by human radiation. The disadvantage of this method is the lack of reliability in the diagnosis of internal organs, as well as the complexity of its implementation in examinations of large groups of people.

Наиболее близким к патентному способу является способ световой топической диагностики, реализованный с помощью устройства для определения ишемии тканей и органов, включающий облучение биообъекта с помощью источника излучения, выделение спектральных компонент с диапазоном волн 542, 560 и 577 нм, прием фотоприемником отраженного от объекта сигнала, его преобразование, обработку и сравнение с аналогичной величиной, соответствующей норме для исследуемых органов или тканей (патент РФ N 2061514, A 61 N 5/06, 10.06.96 г. ). Степень различия сравниваемых величин характеризует степень ишемии органов или тканей. В качестве нормы принимается среднестатистическая величина, полученная на основе измерений на большом числе здоровых людей. Closest to the patent method is a method of light topical diagnostics implemented using a device for determining ischemia of tissues and organs, including irradiating a biological object using a radiation source, extracting spectral components with a wavelength range of 542, 560 and 577 nm, receiving a photodetector reflected from the object signal its conversion, processing and comparison with a similar value corresponding to the norm for the studied organs or tissues (RF patent N 2061514, A 61 N 5/06, 06/10/96). The degree of difference of the compared values characterizes the degree of ischemia of organs or tissues. The average statistical value obtained on the basis of measurements on a large number of healthy people is taken as the norm.

Недостатком данного способа также является недостаточная достоверность диагностики, обусловленная неточностью измерений ответного сигнала за счет эффекта рассеяния. Существенно также то, что в данном способе не учитываются специфические физиологические особенности, присущие различным группам биообъектов, вследствие чего способ недостаточно эффективен при массовых обследованиях различных групп людей. The disadvantage of this method is the lack of reliability of the diagnosis, due to the inaccuracy of the measurements of the response signal due to the scattering effect. It is also significant that this method does not take into account the specific physiological characteristics inherent in various groups of biological objects, as a result of which the method is not effective enough for mass examinations of various groups of people.

Задачей изобретения является повышение достоверности оперативной диагностики, в том числе при обследовании больших групп людей, путем уменьшения эффекта рассеивания, обеспечения идентичности условий измерений, уменьшения, таким образом, погрешности измерений и возможности на этой основе учета в процессе диагностики генетических и онтогенетических особенностей биообъекта. The objective of the invention is to increase the reliability of operational diagnostics, including when examining large groups of people, by reducing the dispersion effect, ensuring the identity of the measurement conditions, thereby reducing the measurement error and the possibility of taking into account the genetic and ontogenetic characteristics of the biological object on the basis of the diagnosis.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе световой топической диагностики биообъектов с использованием электромагнитной энергии оптического диапазона с длиной волны λ = 540±10 нм, включающем освещение с помощью источника излучения соответствующей поверхности биообъекта, прием с помощью фотоприемника ответного оптического сигнала, его преобразование и обработку, основанную на сравнении оптических свойств поверхности кожи над исследуемым органом с аналогичной величиной, соответствующей норме для исследуемого органа, согласно изобретению облучение биообъекта и прием ответного оптического сигнала осуществляют при фиксированных расстояниях между фотоприемником, источником излучения и поверхностью биообъекта, при этом облучение осуществляют при угле падения прямого оптического сигнала менее 90^o относительно поверхности биообъекта, а в качестве нормы для ответного оптического сигнала используют среднестатистические значения, полученные на основе исследований генетически и онтогенетически обусловленных групп практически здоровых людей.The problem is solved due to the fact that in the method of light topical diagnosis of biological objects using electromagnetic energy of the optical range with a wavelength of λ = 540 ± 10 nm, which includes lighting with a radiation source of the corresponding surface of the biological object, receiving a response optical signal using a photodetector, and converting it and processing based on a comparison of the optical properties of the skin surface above the organ under investigation with a similar value corresponding to the norm for the organ under investigation, asno invention irradiating the bioobject and receiving the response optical signal is performed at fixed distances between the photodetector, the source of radiation and a surface of the bioobject, the irradiation is performed at an angle of incidence of direct optical signal is less than 90 ^o with respect to a surface of the bioobject and as standards for the response optical signal using the average value obtained on the basis of studies of genetically and ontogenetically determined groups of practically healthy people.

При этом обработку ответного оптического сигнала ведут с помощью ЭВМ, в память которой предварительно вводят значения коэффициентов поглощение оптического сигнала в норме для каждого органа биообъекта с учетом его генетических и онтогенетических особенностей, каждый орган биообъекта представляют на экране монитора ЭВМ в виде точки с определенным порядковым номером, а диагностику осуществляют путем последовательного обхода по поверхности объекта этих точек источником излучения с одновременным измерением и отражением на мониторе ЭВМ значения коэффициента поглощения оптического сигнала и степени его отклонения от нормы. In this case, the response of the optical signal is processed using a computer, in the memory of which the optical signal absorption coefficients are normalized for each organ of the bioobject, taking into account its genetic and ontogenetic characteristics, each computer of the bioobject is represented on the computer monitor screen as a point with a certain serial number and diagnostics is carried out by sequentially walking around the surface of the object of these points with a radiation source with simultaneous measurement and reflection on the EV monitor the absorption coefficient of the optical signal and the degree of deviation from the norm.

Сущность способа заключается в обеспечении режима измерений оптических показателей поверхности биообъекта, позволяющего учитывать генетические и онтогенетические особенности (возраст, пол, генетическую принадлежность) биообъекта при диагностических обследованиях. The essence of the method is to provide a measurement mode of optical indicators of the surface of a biological object, allowing to take into account the genetic and ontogenetic characteristics (age, gender, genetic identity) of the biological object during diagnostic examinations.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, предназначенная для реализации патентуемого способа, на фиг. 2 изображен фотодатчик, общий вид. На фиг. 3 приведена диаграмма изменения значения коэффициента поглощения (Е) толстой кишки в процессе онтогенеза для женщин, измеренного согласно способу, на фиг. 4 - то же для мужчин, на фиг. 5 - диаграмма изменения коэффициента поглощения (E) надлонной области в процессе онтогенеза для женщин, измеренного согласно способу, на фиг. 6 - то же для мужчин. In FIG. 1 is a block diagram of an apparatus for implementing the patented method; FIG. 2 shows a photosensor, general view. In FIG. 3 is a diagram of the change in the value of the absorption coefficient (E) of the colon during ontogenesis for women, measured according to the method, FIG. 4 is the same for men, in FIG. 5 is a diagram of a change in the absorption coefficient (E) of the supral region during ontogenesis for women, measured according to the method, FIG. 6 is the same for men.

Устройство для реализации способа согласно изобретению (фиг. 1) включает фотодатчик 1, содержащий оптически связанные источник излучения 2 (например, лампа накаливания 6,3 В - 0,22 А), оптическую систему формирования излучения 3 (например, конденсор), светофильтр 4, фотоприемник 5, а также кнопку 6 включения, электрически связанную с фотоприемником 5, источником излучения 2 и источником питающего напряжения (на чертеже не указан). Фотоприемник 5 электрически связан с блоком преобразования 7 (например, АЦП) и блоком 8 обработки (ЭВМ), содержащим процессор 9, монитор 10 и блок 11 управления процессором 9 (клавиатура, устройство типа "мышь"). A device for implementing the method according to the invention (Fig. 1) includes a photosensor 1 containing optically coupled radiation source 2 (for example, a 6.3 V - 0.22 A incandescent lamp), an optical radiation generation system 3 (for example, a condenser), a light filter 4 , a photodetector 5, as well as a power button 6, electrically connected to the photodetector 5, a radiation source 2 and a source of supply voltage (not shown in the drawing). The photodetector 5 is electrically connected to a conversion unit 7 (for example, an ADC) and a processing unit (computer) 8 comprising a processor 9, a monitor 10, and a processor control unit 11 (keyboard, mouse device).

Фотодатчик 1 (фиг. 2) включает полый цилиндрический элемент 12 с утолщенной съемной насадкой 13. Внутри цилиндрического элемента 12 установлен на полочке 14 источник излучения 2, на одной оптической оси с которым в полости 15 съемной насадки 13 с использованием крепежного патрона 16 установлены оптическая система формирования излучения 3 и светофильтр 4. В боковой поверхности съемной насадки 13 установлен фотоприемник 5 и кнопка 6 включения. В задней стенке цилиндрического элемента 12 выполнено отверстие 17 для подвода питающих напряжений и вывода электрического сигнала на блок преобразования 7. Полочка 14 с источником излучения 2 установлена на изоляционной платформе 18. The photosensor 1 (Fig. 2) includes a hollow cylindrical element 12 with a thickened removable nozzle 13. Inside the cylindrical element 12, a radiation source 2 is mounted on the shelf 14, on which optical axis is installed in the cavity 15 of the removable nozzle 13 using the mounting cartridge 16 the formation of radiation 3 and the light filter 4. In the side surface of the removable nozzle 13, a photodetector 5 and a power button 6 are installed. An opening 17 is made in the rear wall of the cylindrical element 12 for supplying voltage and outputting an electrical signal to the conversion unit 7. A shelf 14 with a radiation source 2 is mounted on an insulating platform 18.

Цилиндрический элемент 12 может быть выполнен из алюминия с чернением по внутренней поверхности, съемная насадка 13 может быть выполнена, например, из фторопласта и имеет скос по торцевой выходной поверхности 19 под углом, например, в 35^o относительно оптической оси фотодатчика 1. Последнее обеспечивает угол падения прямого оптического сигнала на биообъект менее 90^o.The cylindrical element 12 can be made of blackened aluminum on the inner surface, the removable nozzle 13 can be made, for example, of fluoroplastic and has a bevel along the end output surface 19 at an angle, for example, 35 ^o relative to the optical axis of the photosensor 1. The latter provides an angle direct optical signal falling on a biological object less than 90 ^o .

Данная конструкция фотодатчика обеспечивает фиксированные (постоянные) расстояния между фотоприемником, источником излучения и поверхностью биообъекта, а также уменьшение эффекта рассеивания оптического сигнала, что в целом обуславливает уменьшение погрешности измерений и идентичность оптических режимов при многократных измерениях. This design of the photosensor provides fixed (constant) distances between the photodetector, the radiation source and the surface of the biological object, as well as a decrease in the scattering effect of the optical signal, which generally leads to a decrease in the measurement error and the identity of the optical modes during multiple measurements.

Фрагменты результатов исследований больших групп людей разного возраста, пола, и генетической обусловленности, полученные в ходе реализации патентуемого способа, представлены в виде таблицы и диаграмм (фиг. 3 - фиг. 6). Приведенные данные демонстрируют необходимость учета генетических и онтогенетических особенностей биообъекта при диагностических исследованиях с использованием электромагнитной энергии оптического диапазона частот. Fragments of the results of studies of large groups of people of different age, gender, and genetic condition, obtained during the implementation of the patented method, are presented in the form of tables and diagrams (Fig. 3 - Fig. 6). The data presented demonstrate the need to take into account the genetic and ontogenetic characteristics of a biological object in diagnostic studies using electromagnetic energy in the optical frequency range.

Способ световой топической диагностики согласно изобретению осуществляется следующим образом. The method of light topical diagnostics according to the invention is as follows.

Предварительно в память процессора 9 блока обработки 8 заносят принятые за норму значения коэффициентов поглощения E оптического сигнала, свойственные внутренним органам и тканям биообъекта, полученные на основе измерений генетически и онтогенетически обусловленных больших групп практически здоровых людей. Preliminarily, in the memory of processor 9 of processing unit 8, values of the absorption coefficients E of the optical signal, which are typical for internal organs and tissues of a bioobject, obtained on the basis of measurements of genetically and ontogenetically large large groups of practically healthy people, are accepted as normal.

Каждый орган представляют на экране монитора 10 блока 8 обработки в виде точки с определенным порядковым номером. Each organ is represented on the monitor screen 10 of the processing unit 8 in the form of a point with a specific serial number.

Диагностику осуществляют путем последовательного обхода включенным фотодатчиком 1 расположенных на поверхности 20 биообъекта точек, соответствующих внутренним органам. Diagnosis is carried out by sequentially bypassing the included photo sensor 1 located on the surface 20 of the bioobject points corresponding to internal organs.

Фотодатчик 1 включают с помощью кнопки 6 и выходной торцевой поверхностью 19 плотно прикладывают к участку кожи пациента над исследуемым внутренним органом. При этом от источника излучения 2 через оптическую систему формирования излучения 3 и светофильтр 4 на соответствующий участок кожи поступает световой сигнал ( λ = 540 нм), ответный, отраженный сигнал поступает на фотоприемник 5 и далее через блок преобразования 7 (например, АЦП) поступает в блок 8 обработки (ЭВМ), в котором с использованием соответствующего программного обеспечения осуществляется сравнение поступившего сигнала с сигналом, соответствующим норме для исследуемого органа. Результаты высвечиваются на мониторе 10 в виде абсолютного значения коэффициента поглощения E и величины его отклонения от нормы. The photosensor 1 is turned on using the button 6 and the output end surface 19 is tightly applied to the patient’s skin area above the internal organ under investigation. In this case, a light signal (λ = 540 nm) is received from the radiation source 2 through the optical system for generating radiation 3 and the light filter 4 to the corresponding skin region, the response, reflected signal is transmitted to the photodetector 5 and then through the conversion unit 7 (for example, the ADC) processing unit 8 (computer), in which, using the appropriate software, the incoming signal is compared with the signal corresponding to the norm for the organ under study. The results are displayed on the monitor 10 in the form of the absolute value of the absorption coefficient E and the magnitude of its deviation from the norm.

Пример 1. Example 1

Пациент Б. 52 года, волосы темно-русые, глаза зеленые. Patient B., 52 years old, dark brown hair, green eyes.

Проведено обследование способом согласно изобретению. В области желчного пузыря значения коэффициента поглощения E превысило норму на 10%. Рекомендованная последующая ультрозвуковая диагностика показала наличие камней в желчном пузыре. Inspection by the method according to the invention. In the gallbladder region, the absorption coefficient E exceeded the norm by 10%. Recommended follow-up ultrasound diagnostics revealed the presence of gallstones.

Пример 2. Пациентка А, 55 лет, волосы темно-русые, глаза карие. Example 2. Patient A, 55 years old, dark brown hair, brown eyes.

Проведено обследование способом согласно изобретению. Inspection by the method according to the invention.

В надлонной области значение коэффициента поглощения превысило норму на 10%. Рекомендованное гинекологическое обследование выявило наличие фибромиомы матки. In the overhead region, the absorption coefficient exceeded the norm by 10%. A recommended gynecological examination revealed the presence of uterine fibroids.

Claims

1. The method of light topical diagnosis of biological objects using electromagnetic energy of the optical range with a wavelength of λ = 540 ± 10 nm, which includes illumination with a radiation source of the corresponding surface of a biological object, and using a photodetector of the response optical signal, its conversion and processing based on a comparison of optical properties of the surface of the skin over the investigated organ with a similar value corresponding to the norm for the studied organ, characterized in that the irradiation of the biological object and reception the response optical signal is carried out at fixed distances between the photodetector, the radiation source and the surface of the biological object, while irradiation is carried out at an angle of incidence of the direct optical signal of less than 90 ° relative to the surface of the biological object, and the average statistical values obtained from genetic studies are used as the norm for the response optical signal and ontogenetically determined groups of practically healthy people.

2. The method according to claim 1, characterized in that the response of the optical signal is processed using a computer, in the memory of which the values of the absorption coefficients of the optical signal are preliminarily normal for each organ of the biological object, taking into account its genetic and ontogenetic characteristics, each organ of the biological object is represented on the computer monitor screen in the form of a point with a certain serial number, and diagnostics is carried out by sequentially walking around the surface of the object of these points with a radiation source while measuring and the reflection on the computer monitor of the absorption coefficient of the optical signal and the degree of its deviation from the norm.