Способ диагностики онкологических заболеваний и устройство для его осуществления

 

Использование: при изучении, функциональной диагностике предраковых и раковых состояний в онкологии и других отраслях медицины, а также в приборостроении при изготовлении медицинской техники. Способ включает тестирование органов известными физическими методами, исследование нормальной ткани путем возбуждения ее пучком монохроматического света с получением спектра флуоресценции, последующего возбуждения ее пучком полихроматического света в диапазоне длин волн 400-800 нм с получением спектра отражения. Исследование подозреваемой ткани того же органа проводят с получением спектра отражения и спектра флуоресценции указанным выше образом, а также сравнение аналогичных спектров между собой, компьютерную обработку результатов исследований и расчет диагностического параметра по формуле где Imaxn - интенсивность максимума линии спектра в области 590-605 нм; I(578) - интенсивность минимума линии спектра в точке 578 нм, соответствующего пику поглощения крови; Imax, I(578)n - для нормальной ткани; Imaxc, I(578)с - для подозреваемой ткани, причем, при q≈0 - диагностируют нормальную ткань, а при q0 - наличие онкологического заболевания с конкретизацией вида опухоли по величине q. Устройство состоит из двух источников светового излучения, оптического блока связи, системы подачи и сбора излучения, которая смонтирована с разовой медицинской иглой, имеющей внутри моноволоконный жесткий световод, анализатора спектров и компьютера. Технический результат: повышение диагностической эффективности и экпрессности определения, возможность диагностики в соответствии с морфологической классификацией опухолей, уменьшение травматичности метода, возможность использования предлагаемого изобретения в качестве базы для разработки нового метода индивидуализации лечения онкологических заболеваний. 2 c.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области спектрофотометрических исследований и может быть использовано при изучении, функциональной диагностике предраковых и раковых состояний в онкологии (в частности, для исследования дисплазий; железисто-солидных и солидных раков; раков скирр; инфильтрующих раков; фиброаденом и т. д.) и других отраслях медицины, а также в приборостроении при изготовлении медицинской техники.

Известны способы и приборы для обнаружения злокачественных и доброкачественных образований в организме человека, такие как ЯМР-диагностика, рентгентовская компьютерная томография, термография, ультразвуковая диагностика, диагностика с применением радиоизотопов или при введении фотосенсибилизаторов.

[см. , например, Н.И. Рожнова. Рентгенодиагностика заболевания молочной железы, 1993; В.З. Шишкина. Радионуклиды в диагностике и лечении рака молочной железы, 1986; а. с. СССР 1320921, МКИ А 61 В 6/00, заявл.19.07.85, опубл. 15.04.94. Способ диагностики заболевания молочной железы путем термографии; Патент РФ 2013999, МКИ А 61 В 6/00, заявл. 16.01.91, опубл. 15.06.94. Способ определения функционального состояния пути лимфогенного метастазирования героты при раке молочной железы] Результаты определений известными способами и приборами отягощаются значительными ошибками из-за наличия, например, воспалительных процессов в тканях, артефактов, неселективной накапливаемости диагностических препаратов и т.д.

Известны также спектральные люминесцентные способы и приборы для диагностики крови и других биотканей, основанные на спектроскопии собственной флуоресценции клеточных структур или введении в объект дополнительных экзогенных фотосенсибилизаторов.

[см. , например, патент США 4556057, МКИ А 61 В 6/08, НКИ 128/303.1, заявл. 11.03.83, опубл. 03.12.85. Прибор для диагностики рака, использующий импульсное лазерное излучение; а.с. СССР 1681204, МКИ G 01 N 33/52, заявл. 10.05.89, опубл. 30.09.91. Способ исследования гистологических препаратов; а. с. СССР 1466704, МКИ А 61 В 5/00, заявл.14.04.86, опубл. 23.03.89. Способ интраоперационной диагностики жизнеспособности тканей и т.д.] Однако известные способы и приборы не обеспечивают устойчивой регистрации различий в спектрах нормальной и раковой тканей, не позволяют снизить время диагностирования заболевания, могут вызвать проявление побочных реакций со стороны организма человека.

Кроме того, широко известны оптические способы диагностики рака, включающие измерение коэффициентов диффузного отражения и пропускания нормальных тканей и раковых опухолей молочной железы.

[см., например, А.Н. Королевич и др. Особенности спектров диффузного отражения и пропускания нормальных и опухолевых тканей. Журнал прикладной спектроскопии, том 58, 5-6, май-июнь 1993 г., с. 555-559 и т.д.] Указанные способы, как правило, реализуются на тканях, полученных после операции, кровенаполнение которых нарушено, и, следовательно, точность измерений низка. Кроме того, время определения занимает минимум 2-3 часа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является способ диагностики онкологических заболеваний (Метод определения раковой ткани с помощью видимого естественного свечения), включающий тестирование органа известными физическими методами (пальпация, маммография и др. ), исследование подозреваемой ткани путем возбуждения ее пучком монохроматического света с получением спектра флуоресценции и сравнение его с аналогичным спектром нормальной ткани (эталонного образца) с последующей компьютерной обработкой результатов исследования.

Прибор для реализации известного способа состоит из источника светового излучения (галогенная лампа или аргоновый лазер), оптического блока связи, системы подачи и сбора излучения, анализатора спектров и компьютера.

[см. патент США 4930516, МКИ А 61 В 5/00, НКИ 128/665, заявл. 25.04.88, опубл. 05.06.90] Описанные способ и прибор для диагностики онкологических заболеваний не обеспечивают: - точности определения из-за использования усредненных эталонных образцов, не учитывающих индивидуальных особенностей организма, причем условия их хранения усугубляют ошибки определения; - достоверности в результате исследования только флуоресценции подозреваемой ткани; - повышения экспрессности из-за необходимости длительной подготовки эталонных образцов;
- возможности определения онкологических заболеваний мягких тканей из-за проведения анализов "in vivo" с помощью зонда (эндоскопа) из оптического волокна для исследования полых органов человека (желудка, легких, мочевых путей, кишечного тракта, толстой кишки, горла и т. д.).

Кроме того, в известном способе и приборе для диагностики онкологических заболеваний отсутствует диагностический параметр, позволяющий классифицировать вид опухоли.

Следует отметить, что известный способ, хотя и характеризуется экспрессностью, не учитывает время получения информации об эталонных образцах (подготовка нормальных тканей "in vitro", снятие их спектров флуоресценции, формирование банка данных в компьютере).

Необходимо также отметить, что в известном изобретении исследования проведены на лабораторных животных и результаты экстраполированы на человека, что не является корректным вследствие несоответствия пиков флуоресценции тканей животных и человека.

Задачей настоящего изобретения является повышение диагностической эффективности экспрессности определения с обеспечением возможности диагностики в соответствии с морфологической классификацией опухолей.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе диагностики онкологических заболеваний, включающем тестирование органа известными физическими методами, исследование подозреваемой ткани путем возбуждения ее пучком монохроматического света с получением спектра флуоресценции и сравнение его с аналогичным спектром нормальной ткани с последующей компьютерной обработкой результатов исследований, согласно изобретению перед исследованием подозреваемой ткани осуществляют исследование нормальной ткани того же органа путем возбуждения ее пучком монохроматического света с получением спектра флуоресценции и последующего возбуждения ее пучком полихроматического света в диапазоне длин волн 400-800 нм с получением спектра отражения, а при исследовании подозреваемой ткани перед получением спектра флуоресценции возбуждают ее пучком полихроматического света с получением спектра отражения, который сравнивают с аналогичным спектром нормальной ткани; о состоянии подозреваемой ткани судят по соотношению

где Imax - интенсивность максимума линии спектра в области 590-605 нм;
I(578) - интенсивность минимума линии спектра в точке 578 нм, соответствующего пику поглощения крови;
Imaxn, I(578)n - для нормальной ткани;
Imaxc, I(578)с - для подозреваемой ткани,
причем при q≈0 - диагностируют нормальную ткань, а при 0<q<0 - наличие онкологического заболевания с конкретизацией вида опухоли по величине q.

Известный прибор для диагностики онкологических заболеваний, состоящий из источника светового излучения, оптического блока связи, системы подачи и сбора излучения, анализатора спектров и компьютера, согласно изобретению содержит дополнительный источник излучения, а система подачи и сбора излучения смонтирована с разовой медицинской иглой, имеющей внутри моноволоконный жесткий световод.

Осуществление диагностики онкологических заболеваний в заявляемых условиях с использованием предлагаемого прибора повышает:
- точность определения за счет исключения ошибок, связанных с использованием усредненных эталонных образцов, вместо которых в качестве объекта сравнения используется нормальная ткань того же органа конкретного пациента;
- достоверность из-за изучения различных характеристик (флуоресценции и отражения) подозреваемой ткани;
- экспрессность (не более 10 с) за счет исключения операций подготовки и исследования эталонных образцов.

Кроме того, предлагаемые способ и прибор для диагностики онкологических заболеваний расширяют диапазон диагностируемых опухолей, обеспечивая возможность анализа мягких тканей, при этом содержат диагностический параметр, позволяющий классифицировать вид опухоли.

Анализ известных технических решений позволяет сделать вывод о том, что заявляемое изобретение не известно из уровня исследуемой техники, что свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".

Сущность заявляемого изобретения для специалиста не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Возможность диагностики онкологических заболеваний в условиях заявляемого способа с использованием предлагаемого прибора, изготавливаемого из серийно выпускаемых элементов, свидетельствует о соответствии заявляемого изобретения критерию "промышленная применимость".

Заявляемые "Способ и прибор для диагностики онкологических заболеваний" прошли клинические испытания в условиях клинического отделения областного онкологического диспансера г. Новосибирска.

На фиг.1 схематично представлен заявляемый прибор для диагностики онкологических заболеваний.

Обозначения на фиг.1:
Источники светового излучения:
1 - лазер ЛТН-402,
2 - галогенная лампа;
Оптический блок связи:
3 - конденсор,
4 - поворотное зеркало,
5 и 5' - передающий кабель;
Система подачи и сбора излучения:
6 - полупрозрачное зеркало,
7 - объектив (ахроматический),
8 - универсальный разъем стандарта SMA (входной),
9 - универсальный разъем стандарта SMA (выходной);
10 - анализатор спектров (многоканальный);
11 - компьютер;
12 - разовая медицинская игла с внутренним моноволоконным жестким световодом (на фиг.1 - не показан).

На фиг. 2-5 представлены:
фиг.2 - спектр флуоресценции нормальной ткани;
фиг.3 - спектр отражения нормальной ткани;
фиг.4 - спектр флуоресценции подозреваемой ткани;
фиг.5 - спектр отражения подозреваемой ткани.

Заявляемый прибор для диагностики онкологических заболеваний работает следующим образом.

Световое излучение от источников 1 или 2 через конденсор 3 при помощи поворотного зеркала 4 по волоконно-передающему кабелю 5 подается на входной разъем 8. Световое излучение может подаваться как от лазера 1 (для наблюдения флуоресценции), так и от галогенной лампы 2 (для наблюдения диффузно-отраженного излучения).

Затем излучение собирается, фокусируется линзами 7 в моноволоконный жесткий световод разовой медицинской иглы 12 (внешний диаметр иглы не более 1 мм) и по нему подается непосредственно на участок диагностируемой ткани.

Флуоресцентное либо диффузно-отраженное излучение по тому же световоду подается на полупрозрачное зеркало 6 и фокусируется на выходной разъем 9, с которого по волоконно-оптическому передающему кабелю 5 поступает на многоканальный анализатор спектров 10. С выхода анализатора спектров 10 сигнал подается на вход компьютера 11, на экране которого отображается спектр флуоресценции либо диффузного отражения в графическом виде.

Пример. Диагностика онкологического заболевания.

Больная З. , 49 лет, поступила в клиническое отделение областного онкологического диспансера г. Новосибирска (история болезни N 1416).

После тестирования молочной железы известными физическими методами (пальпация, маммография) предварительно установили наличие опухолевого процесса.

Затем больную направили на спектрофотометрическое исследование, при котором:
- перед исследованием подозреваемой ткани осуществили исследование нормальной ткани того же органа (молочной железы), для чего разовую медицинскую иглу (поз.12, фиг.1) ввели на глубину 5 мм, включили лазер (поз.1, фиг.1) и сняли спектр флуоресценции нормальной ткани после возбуждения ее пучком монохроматического света с длиной волны 532 нм, плотностью мощности 2,1, время 5 с - см. фиг.2.

После этого выключили лазер, включили галогенную лампу (поз.2, фиг.1) и, не двигая иглу, сняли спектр отражения нормальной ткани после возбуждения ее пучком полихроматического света в диапазоне длин волн 400-800 нм - см. фиг. 3.

Иглу, не вынимая, начали продвигать к месту опухолевого процесса, возбуждая ткань пучком полихроматического света (от галогенной лампы) в диапазоне длин волн 400-800 нм с одновременным снятием спектра отражения (см. фиг. 5), сравнением его с аналогичным спектром нормальной ткани (см. фиг.3), компьютерной обработкой результатов исследования и расчетом величины диагностического параметра q по формуле

где Imax - интенсивность максимума линии спектра в области 590-605 нм;
I(578) - интенсивность минимума линии спектра в точке 578 нм, соответствующего пику поглощения крови;
Imaxn, I(578)n - для нормальной ткани;
Imaxc, 1(578)с - для подозреваемой ткани.

Величина диагностического параметра q фиксируется на экране компьютера.

Спектры отражения отображают макроскопическую структуру ткани и использованы для обнаружения местонахождения опухоли.

Когда величина параметра q достигла +5% (в других случаях q=±5%), считали, что игла находится в опухолевой области.

Выключили галогенную лампу, включили лазер и сняли спектр флуоресценции подозреваемой ткани (см. фиг. 4) после возбуждения ее пучком монохроматического света с длиной волны 532 нм; плотностью мощности 2,1; время 5 с.

Спектры флуоресценции отображают биохимические внутриклеточные процессы ткани.

Полученный спектр флуоресценции подозреваемой ткани (фиг.4) сравнили со спектром флуоресценции нормальной ткани (фиг.2) с одновременной компьютерной обработкой результатов исследования и расчетом величины диагностического параметра q по формуле, приведенной выше.

Величина q фиксируется на экране компьютера.

Получили q= 30%, что соответствует наличию кистозного фиброаденоматоза (диагноз подтвержден данными гистологии 9663-67).

В условиях, аналогичных примеру, проведено исследование 140 пациентов, имеющих как доброкачественные, так и элокачественные новообразования в организме.

В результате этих исследований установлены следующие величины диагностического параметра q, позволяющие классифицировать вид опухоли:
-50 - -40% - дисплазии;
-40 - -20% - солидные раки;
-20 - -2% - раки скирр и любые опухоли с включением рака скирр;
+2 - +15% - инфильтрующие раки;
+15 - +25% - железисто-солидные раки;
+25 - +45% - фиброаденомы.

Использование заявляемых "Способа для диагностики онкологических заболеваний и прибора для его осуществления" по сравнению с известными способом и прибором, взятыми за прототип [см. патент США 4930516] обеспечивает следующие технические и общественно-полезные преимущества:
- повышение диагностической эффективности и экспрессности определения;
- возможность диагностики в соответствии с морфологической классификацией;
- уменьшение травматичности метода;
- возможность использования предлагаемого изобретения в качестве базы для разработки нового метода индивидуализации лечения онколологических заболеваний.

Формула изобретения

1. Способ диагностики онкологических заболеваний, включающий тестирование органов физическими методами, исследование подозреваемой ткани путем возбуждения ее пучком монохроматического света с получением спектра флуоресценции и сравнения его с аналогичным спектром нормальной ткани с последующей компьютерной обработкой результатов исследований, отличающийся тем, что перед исследованием подозреваемой ткани осуществляют исследование нормальной ткани того же органа путем возбуждения ее пучком монохроматического света и последующего возбуждения ее пучком полихроматического света в диапазоне длин волн 400-800 нм с получением спектра отражения, а при исследовании подозреваемой ткани перед получением спектра флуоресценции возбуждают ее пучком полихроматического света с получением спектра отражения, который сравнивают с аналогичным спектром нормальной ткани, при этом о состоянии подозреваемой ткани судят по соотношению

где Imaxc, Imaxn - интенсивности максимума линии спектра в области 590-605 нм для соответственно подозреваемой и нормальной тканей;
I(578)c, I(578)n - интенсивности минимума линии спектра в точке 578 нм, соответствующего пику поглощения крови, для соответственно подозреваемой и нормальной тканей,
причем при q≈0 диагностируют нормальную ткань, а при - наличие онкологического заболевания с конкретизацией вида опухолей по величине q.

2. Прибор для диагностики онкологических заболеваний, состоящий из источника монохроматического светового излучения, оптического блока связи, системы подачи и сбора излучения, анализатора спектров и компьютера, отличающийся тем, что он содержит дополнительный источник полихроматического излучения, а система подачи и сбора излучения смонтирована с разовой медицинской иглой, имеющей внутри моноволоконный жесткий световод.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5