Датчик для неинвазивной дистанционной диагностики онкологического заболевания

Изобретение относится к медицинской технике. Датчик для неинвазивного дистанционного приема собственного излучения человека содержит приемник собственного излучения человека. Приемник содержит монокристаллическую кварцевую пластину Z-среза. Пластина имеет с обеих сторон покрытия из серебра, электрически связанные с усилителем электромагнитных сигналов. Усилитель размещен в корпусе, выполненном из материала, непроницаемого для электромагнитного излучения. Кварцевая пластина размещена в полости конфузорного отражателя электромагнитного излучения, выполненного из немагнитного материала. Внутренняя поверхность отражателя имеет покрытие из серебра. Ось симметрии отражателя проходит через центр кварцевой пластины и перпендикулярна к ее поверхности. Кварцевая пластина установлена с возможностью колебательных движений вдоль оси симметрии отражателя. Корпус усилителя электромагнитных сигналов скреплен непосредственно с задним торцом корпуса конфузорного отражателя. Изобретение позволяет упростить процедуру диагностирования и повысить достоверность диагноза. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к области медицины и предназначено для раннего обнаружения онкологического заболевания, в том числе до формирования условий, обеспечивающих возможность выявления факта образования злокачественной опухоли с использованием принятых в настоящее время диагностических методов.

Известен датчик для неинвазивной дистанционной диагностики онкологического заболевания, выполненный в виде высокочувствительного приемника теплового, излучения связанного с блоком обработки и анализа результатов измерения, при этом работа устройства основана на приеме тепловых излучений организма человека, исходящих от атомов полимеризованных, онкологических молекул клеток (см. а.с СССР №1363996,1996). Недостаток этого решения - сложность распознавания онкологического заболевания на фоне других патологий.

Известен датчик для неинвазивной дистанционной диагностики онкологического заболевания, выполненный в виде высокочувствительного приемника излучений организма человека в диапазоне ультрафиолетовых частот, исходящих от атомов полимеризованных, онкологических молекул клеток, который связан с блоком обработки и анализа результатов измерения, при этом о наличии ракового заболевания судят по превышению интенсивности излучения уровня фонового (см. пат. РФ №2128337, кл. А 61 В 1/00, G 01 N 33/483, 1999).

В основе работы устройства лежит установленный авторами изобретения факт, что при наличии ракового заболевания наблюдается повышенный фон ультрафиолетового излучения. Это явление косвенно подтверждается исследованиями А.А.Гурвича, обнаружившего, что при митогенезе клетки, т.е. во время ее деления, наблюдается ультрафиолетовое излучение (см. А.А.Гурвич. Проблема митогенетического излучения как аспект молекулярной биологии. - Л.: 1968, с.240). Авторы патента утверждают о возможности диагностирования ракового заболевания, в том числе раннего, на начальной стадии за 6-30 лет до образования злокачественной опухоли, однако понятно, что мощность и интенсивность излучения (обеспечивающая возможность выделения диагностирующего признака на общем фоне сигнала аналогичной природы генерируемого организмом) при прочих равных условиях зависит от объема объекта генерирующего сигналы, т.е. количества клеток, содержащих полимеризованные онкологические молекулы. Следовательно, диагноз на ранних стадиях развития онкологического заболевания будет недостаточно надежен.

В настоящее время в физиологии широко применяется информационный подход к анализу различных функций человека. Учитывая только физико-химические факторы, не всегда удается объяснить процессы, происходящие в организме человека. С позиций информационного подхода наряду с физико-химическими процессами в организме человека формируются и тесно взаимодействуют, передаются, сохраняются и анализируются процессы информации. Теория функциональных систем, предложенная выдающимся русским физиологом П.К.Анохиным, открывает новые возможности объективной оценки информационной деятельности организма. Функциональные системы по П.К.Анохину - это динамические, саморегулирующиеся организации, все составные компоненты которых тесно взаимосвязаны и взаимодействуют для достижения организмом различных полезных для жизнедеятельности результатов. Именно полезные для организма приспособительные результаты выступают в роли системообразующих факторов организации функциональных систем различного уровня. Деятельностью различных функциональных систем определяются уровни различных показателей гомеостаза, таких как рН, газовый состав, осмотическое и кровяное давление, температура, уровень питательных веществ и т.д. Понятие гомеостаза ввел в физиологию У. Кэнон, который понимал под гомеостазом гармоническое взаимодействие во внутренней среде организма человека различных физико-химических факторов жизнедеятельности. Однако именно информация в живых организмах, тесно связанная с деятельностью различных составляющих его функциональных систем, является как бы общим знаменателем для всех физико-химических процессов, проходящих в организме. Только в саморегулирующихся функциональных системах в процессе длительной эволюции живых организмов может формироваться аппарат оценки информации - акцептор результатов деятельности. Аппарат акцептора результатов деятельности на основе опережающих действительные события механизмов позволяет живым организмам постоянно оценивать различные параметры достигнутых результатов и на информационной основе строить адаптивную деятельность. При этом информационная оценка в функциональных системах гомеостатического уровня выступает в роли информационных сигналов, управляющих процессами в организме человека. Последние исследования в микробиологии в области редокс-систем: возбужденных молекул и ключевых сигналопередающих белков акцепторов электронов (Журнал "Science", 1998 г., N 5, v.280, p.1723), подтвердили ведущую роль информационных процессов в регуляции гомеостаза. Как правило, живые организмы оценивают объективно и количественно результаты деятельности также и функциональных систем, определяющих различные показатели гомеостаза. Таким образом, информационные и/или энерго-информационные процессы, органично присущие любому живому организму, проявляющиеся во внешнюю среду в виде излучений самой различной физической природы, могут быть использованы для диагностирования состояния организма человека и отдельных его органов.

Таким образом, представляется возможным использовать собственные излучения организма человека для диагностических целей.

Известно также изобретение, реализующее эту идею, использованное нами в качестве прототипа (см. пат. РФ №2144781, кл. А 61 В 5/00, 2000), при этом датчик для неинвазивной дистанционной диагностики онкологического заболевания содержит приемник собственных излучений органов и/или тканей человека и средство для выделения диагностирующего сигнала из общего спектра излучений организма. Датчик связан с блоком обработки и анализа результатов измерения, при этом о наличии ракового заболевания судят по превышению интенсивности излучения фонового уровня.

В процессе диагностирования онкологического заболевания измеряют электромагнитные излучения органов и тканей человека в миллиметровом и/или дециметровом диапазонах с помощью высокочувствительного приемника, с последующей обработкой и анализом результатов измерений, причем обработку результатов измерений осуществляют путем детектирования высокочастотного шумового сигнала и выделения низкочастотной модулирующей составляющей, затем меняют ориентацию приемника на 90° относительно его продольной оси и повторяют измерения с последующей их обработкой, анализом и формированием диагностических признаков, для каждого из которых строят второе множество динамических рядов путем сопоставления динамических рядов, полученных до и после изменения ориентации приемника, с использованием дополнительного статистического и/или нейросетевого классификатора дифференцируют онкологическое заболевание

Недостатки устройства проистекают из того, что в качестве источника сигналов используется непосредственно сам диагностируемый орган и «снимаются» энерго-информационные характеристики процесса канцерогенеза, уже происходящего в диагностируемом органе, т.е. отсутствует возможность раннего диагностирования заболевания (т.е. начальной стадии - до образования злокачественной опухоли определенных размеров), что снижает достоверность диагноза. Кроме того, к недостаткам устройства можно отнести многооперационность его использования и сложность процедуры математической обработки результатов. Причем необходимость разворота приемника излучения на 90° по отношению к первоначальной ориентации оси приема может быть реализована только в отношении отдельных органов, небольших по размерам, например груди, мужских половых и т.п., поскольку в остальных случаях нельзя будет обеспечить постоянство расстояния от источника сигнала до приемника, определяющее мощность принимаемого сигнала.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является повышение достоверности диагноза при обеспечении возможности диагностирования на начальной стадии - до образования злокачественной опухоли - упрощение процедуры диагностирования.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении высокой достоверности диагностирования на самой ранней стадии процесса канцерогенеза, обеспечении возможности диагностирования широкого спектра раковых заболеваний. В перспективе, по мере накопления статистического материала, будет возможна точная дифференциация и локализация онкопатологии на любой стадии ее развития.

Для решения поставленной задачи датчик для неинвазивной дистанционной диагностики онкологического заболевания, содержащий приемник собственных излучений органов и/или тканей человека и средство для выделения диагностирующего сигнала из общего спектра излучений организма, отличается тем, что приемник собственных излучений органов и/или тканей человека выполнен с возможностью детектирования диагностирующего сигнала из общего спектра излучений, для чего приемник содержит монокристаллическую кварцевую пластину, Z-среза, снабженную с обеих сторон покрытиями из серебра, электрически связанными с усилителем электромагнитных сигналов, размещенном в корпусе, выполненном из материала, непроницаемого для электромагнитного излучения, кроме того, кварцевая пластина размещена в полости конфузорного отражателя, выполненного из материала, непроницаемого для электромагнитного излучения, внутренняя поверхность которого снабжена покрытием из серебра, при этом ось симметрии отражателя проходит через центр кварцевой пластины и перпендикулярна к ее поверхности, причем кварцевая пластина установлена с возможностью колебательных движений вдоль оси симметрии отражателя, кроме того, корпус усилителя электромагнитных сигналов скреплен непосредственно с задним торцом корпуса конфузорного отражателя. Кроме того, покрытиям кварцевой пластины придана толщина предпочтительно до 7 размеров атома серебра. Кроме того, торцовые кромки кварцевой пластины конгруэнтны внутренней поверхности конфузорного отражателя.

Сопоставительный анализ совокупности признаков предлагаемого решения и совокупности признаков аналогов и прототипа свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения критерию «новизна».

При этом отличительные признаки формулы решают следующие функциональные задачи.

Признаки «приемник собственных излучений органов и/или тканей человека выполнен с возможностью детектирования диагностирующего сигнала из общего спектра излучений организма» упрощают конструкцию устройства за счет обеспечения его «автоматической настройки», т.е. приема только сигнала, являющегося диагностирующим признаком.

Признаки «содержит монокристаллическую кварцевую пластину Z-среза, снабженную с обеих сторон покрытиями из серебра» обеспечивает фиксацию «онкосигналов» организма, т.е. сигналов, свидетельствующих о наличии в организме энергоинформационного обмена, присущего процессу канцерогенеза, и преобразование этих сигналов в электрические сигналы, позволяющие автоматизировать процессы анализа излучаемых сигналов.

Признаки, указывающие на наличие с обеих сторон пластины, покрытий из серебра, электрически связанных с усилителем электромагнитных сигналов, обеспечивает снятие с пластины онкосигналов, преобразованных в электрические сигналы, и предварительную их обработку (усиление), позволяющую затем адекватно их анализировать.

Признаки, указывающие на материал корпусов конфузорного отражателя и усилителя электромагнитных сигналов как материал, непроницаемый для электромагнитного излучения, повышают помехоустойчивость устройства в отношении типа излучений используемых для формирования сигнала, подлежащего анализу, что исключает влияние интенсивности электромагнитных сигналов, имеющихся в окружающей среде (внешних помех), на достоверность диагноза.

Признаки «кварцевая пластина размещена в полости конфузорного отражателя,... внутренняя поверхностью которого снабжена покрытием из серебра, при этом ось симметрии отражателя проходит через центр кварцевой пластины и перпендикулярна к ее поверхности, причем кварцевая пластина установлена с возможностью колебательных движений вдоль оси симметрии отражателя» обеспечивают работоспособность датчика, в том числе, за счет локализации рабочей зоны с ограничением воздействия на чувствительный элемент датчика физических полей внешней (по отношению к организму) среды.

Признаки «корпус усилителя электромагнитных сигналов скреплен непосредственно с задним торцом корпуса конфузорного отражателя» повышают помехоустойчивость устройства в отношении типа излучений, используемых для формирования сигнала, подлежащего анализу, что исключает влияние интенсивности электромагнитных сигналов, имеющихся в окружающей среде (внешних помех), на достоверность диагноза, которая «особенно опасна», на участке приемного тракта, где мощность помех может быть соизмеримой с мощностью полезного сигнала.

Признаки второго пункта формулы изобретения определяют оптимальные параметры покрытия кварцевой пластины.

Признаки третьего пункта формулы изобретения повышают чувствительность датчика.

Заявленное изобретение иллюстрируется чертежами: на фиг.1 показана функциональная схема установки, обеспечивающей реализацию способа; на фиг.2 показан продольный разрез датчика; на фиг.3 схематически показано размещение приемника излучений в процессе работы; на фиг.4 показан фрагмент обследования пациента с диагнозом рак желудка (верхний график - импульс, характерный для онкобольного, ниже - тот же импульс, увеличенный и растянутый по времени); на фиг.5 показан фрагмент обследования пациента с диагнозом аденокарцинома предстательной железы (верхний график - группы импульсов, характерные для онкобольного, ниже - те же группы импульсов, увеличенные и растянутые по времени); на фиг.6 показан фрагмент обследования пациента с диагнозом аденокарцинома молочной железы, полученный с пораженного органа (верхний график - группы импульсов, характерные для онкобольного, ниже - один из этих импульсов, увеличенный и растянутый по времени); на фиг.7 показан фрагмент обследования здорового пациента (верхний график - запись только шумовой дорожки, ниже - эта же запись, увеличенная и растянутая по времени).

В основе работы датчика лежит установленный авторами эффект, заключающийся в том, что монокристаллические кварцевые пластины Z-среза, помещенные в поле излучений живого организма, имеющего злокачественное заболевание (подтвержденное известными диагностическими методами), способны детектировать в определенном частотном диапазоне специфические сигналы, индуцируемые головным мозгом пациента, тогда как у обследованных нами пациентов, не имеющих диагноз злокачественного новообразования, данные сигналы отсутствуют.

На чертежах показана монокристаллическая кварцевая пластина Z-среза 1, представляющая из себя тонкую круглую пластину, на обе стороны 2 которой нанесено тонкое покрытие 3 из серебра (толщиной не более 0,1 мм). Пластина установлена в полости конфузорного отражателя 4, ось симметрии 5 которого проходит через центр 6 кварцевой пластины 1 и перпендикулярна к ее поверхности 2. Торцовые кромки кварцевой пластины 1 конгруэнтны внутренней поверхности конфузорного отражателя 4. Конфузорный отражатель 4 или, по меньшей мере, его внутренняя поверхность 7 выполнены из серебра - во втором случае корпус отражателя выполнен из немагнитного материала (не проницаемого для электромагнитного излучения), например алюминиевого сплава или нержавеющей стали, с покрытием внутренней поверхности серебром. Кроме того, покрытия кварцевой пластины 1 электрически связаны со входом усилителя сигнала 8 проводами 9. При этом провод, контактирующий с покрытием 3, размещенным на стороне кварцевой пластины 1, обращенной к открытой кромке 10 конфузорного отражателя 4, пропущен через отверстие 11, выполненное в ее центре 6. Эластичная подвеска 12 выполнена из упругого материала, например резины, и обеспечивает сохранение горизонтального положения кварцевой пластины 1 в процессе фиксации излучений, и, соответственно, ее колебательных движений (за счет подпружинивания пластины относительно торца втулки 13, через канал 14 которой пропущены провода 9). Внешняя поверхность втулки 13 снабжена резьбой, при этом втулка размещена в снабженном такой же резьбой отверстии соосного с ней вкладыша 15. Один конец вкладыша 15 снабжен буртиком 16, кромка которого конгруэнтна внутренней поверхности конфузорного отражателя 4, а второй снабжен резьбой, на которой размещена гайка 17. Втулка 13, вкладыш 15 и гайка 17 выполнены из немагнитного, предпочтительно синтетического, материала. Выход усилителя сигнала 8 через аналого-цифровой преобразователь 18, связан с компьютером 19. Усилитель электромагнитных сигналов 8 размещен в корпусе 20, выполненном из материала, не проницаемого для электромагнитного излучения, например алюминиевого сплава или нержавеющей стали. Причем корпус 20 усилителя электромагнитных сигналов 8 скреплен непосредственно с задним торцом 21 корпуса конфузорного отражателя.

В качестве элементов 8, 18-19 устройства используют известные средства, рабочие характеристики которых соответствуют рабочим параметрам устройства, при этом усилитель сигнала 8 выполнен по известной схеме, в качестве аналого-цифрового преобразователя 18 использован 12 разрядный АЦП, для обеспечения приемлемой скорости обработки результатов измерений желательно, чтобы процессор компьютера был не менее Pentium-4.

Датчик собирают следующим образом: через меньшее отверстие конфузорного отражателя 4 пропускают вкладыш 15 до упора кромок буртика 16 в его внутреннюю поверхность, после чего вкладыш фиксируют гайкой 17, далее в снабженном резьбой отверстии вкладыша 15 размещают втулку 13, на торце которой располагают эластичную подвеску 12 (например, резиновую шайбу). Затем через канал 14 втулки 13 пропускают провода 9, фиксируя их на свободном торце втулки 13. После подключения проводов 9 к выводам усилителя сигнала 8, его корпус 20 скрепляют непосредственно с задним торцом 21 корпуса конфузорного отражателя 4. Затем выход усилителя сигнала 8 связывают через АЦП 18 с компьютером 19, после чего устройство готово к работе.

Устройство используют следующим образом: его располагают так, чтобы широкое основание конуса отражателя 1 находилось в непосредственной близости от исследуемого участка организма человека или биологической ткани (на чертеже не показано). При этом осуществляется постоянный съем разности потенциалов с посеребренных поверхностей кварцевой круглой пластины 2. При имеющем место злокачественном онкологическом процессе возникает разность потенциалов, снимаемая с серебряных покрытий 3 кварцевой круглой пластины 2, при наличии которой делается заключение о наличии злокачественного онкологического заболевания.

Процедура обследования:

1. Пациенту необходимо снять все металлические детали с головы и шеи (серьги, цепочки, заколки). Пациент располагается на смотровой кушетке, лежа на спине в наиболее комфортном положении. Голова немного запрокидывается назад через мягкий валик-подушку.

2. Позиционируют датчик на лицевую часть головы - см. фиг.3 (ориентируя его продольную ось на центральную область головного мозга) на расстоянии 3-9 мм от кожного покрова или на соответствующий участок тела.

3. Включают запись сигналов с принимающего датчика на компьютер.

4. После регистрации в течение 20-30 минут останавливается запись.

Расшифровка результатов:

1. Процесс напоминает расшифровку результатов стандартной ЭКГ или ЭЭГ. Просматриваются постранично все фрагменты записи. В настоящее время расшифровка одного исследования занимает до 20-30 минут.

2. При отсутствии импульсов, превышающих уровень амплитуды шумовой дорожки, делается заключение об отсутствии у пациента диагноза злокачественного новообразования.

3. При неоднократном появлении импульсов и(или) их последовательностей делают вывод о наличии диагноза злокачественного новообразования либо стадии, предшествующей злокачественной форме онкозаболевания, причем пациенту рекомендуют пройти подробное дополнительное обследование другими имеющимися средствами диагностики.

Регистрируемые сигналы:

Регистрируемые «онкосигналы» выглядят как относительно короткие последовательности всплесков различной конфигурации (фиг.4-6). Длительность данных пакетов может составлять от десятков микросекунд до миллисекунд. Как показывает опыт обследования пациентов, за время его проведения (20-30 минут) данные пакеты сигналов возникают неоднократно (до 10 и более), хотя отмечались случаи, когда за названное время фиксировался только один импульс. В связи с чем для повышения достоверности диагноза продолжительность обследования установлена в вышеназванных пределах.

Пример 1. Пациент М., женщина, 53 года. Жалобы на боли в желудке. При обследовании нашим методом от головного мозга зарегистрированы повторяющиеся пакеты импульсов, свидетельствующие о наличии злокачественного онкологического заболевания. Приведенные фрагменты исследования указывают на упорядоченность и повторяемость отдельных амплитудно-частотных характеристик сигналов, соответствующих злокачественному заболеванию с диагнозом рак желудка. Дальнейшие обследования посредством фиброгастроскопии, хирургической операции подтвердили наличие злокачественного заболевания - перстневидный рак тела желудка.

Пример 2. Пациент Д., мужчина, 77 лет. При обследовании нашим методом от головного мозга зарегистрированы повторяющиеся пакеты импульсов, свидетельствующие о наличии злокачественного онкологического заболевания. Приведенные фрагменты исследования указывают на упорядоченность и повторяемость отдельных амплитудно-частотных характеристик сигналов, соответствующих злокачественному заболеванию с диагнозом аденокарцинома предстательной железы. Дальнейшие обследования подтвердили этот диагноз.

Пример 3. Пациент С., женщина, 51 год. При обследовании нашим методом от пораженного органа зарегистрированы повторяемые пакеты импульсов, свидетельствующие о наличии злокачественного онкологического заболевания. Приведенные фрагменты исследования указывают на упорядоченность и повторяемость отдельных амплитудно-частотных характеристик сигналов, соответствующих злокачественному заболеванию с диагнозом аденокарцинома молочной железы. Обследована амбулаторно по поводу инфильтрата молочной железы. Диагноз поставлен на основании пункции инфильтрата - аденокарцинома молочной железы

У здоровых пациентов данные группы импульсов отсутствуют (фиг.7). Результат их обследования выглядит сплошной линией, обусловленной собственными шумами оборудования.

К настоящему времени обследовано свыше 300 пациентов, из которых выявлено порядка 90 человек с диагнозом злокачественного онкологического заболевания (остальные либо здоровы, либо имеют незлокачественную патологию). Достоверность диагноза в настоящее время составляет около 87%, причем эта цифра имеет тенденцию к увеличению, поскольку поставленный нами диагноз (первоначально отнесенный нами к отрицательной статистике) по прошествии времени (от одного месяца - до лет) все таки подтверждается.

Использование данного изобретения позволяет регистрировать изменения, происходящие в биологических тканях при злокачественных заболеваниях на ранних и последующих стадиях.

1. Датчик для неинвазивного дистанционного приема собственного излучения человека, содержащий приемник собственного излучения человека, отличающийся тем, что приемник содержит монокристаллическую кварцевую пластину Z-среза, имеющую с обеих сторон покрытия из серебра, электрически связанные с усилителем электромагнитных сигналов, размещенном в корпусе, выполненном из материала, непроницаемого для электромагнитного излучения, кварцевая пластина размещена в полости конфузорного отражателя электромагнитного излучения, выполненного из немагнитного материала, внутренняя поверхность которого имеет покрытие из серебра, ось симметрии отражателя проходит через центр кварцевой пластины и перпендикулярна к ее поверхности, кварцевая пластина установлена с возможностью колебательных движений вдоль оси симметрии отражателя, а корпус усилителя электромагнитных сигналов скреплен непосредственно с задним торцом корпуса конфузорного отражателя.

2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что покрытиям кварцевой пластины придана толщина предпочтительно до 7 размеров атома серебра.

3. Датчик по п.1, отличающийся тем, что торцовые кромки кварцевой пластины конгруэнтны внутренней поверхности конфузорного отражателя.