Способ количественной оценки концентрации фотосенсибилизатора по видеоизображению в режиме реального времени при проведении флуоресцентного исследования

Изобретение относится к области обработки данных и медицины, а именно к нейроонкологии. Способ включает следующие этапы, на которых получают изображение исследуемого участка ткани, полученное в ходе проведения флуоресцентной диагностики и фиксированное с помощью монохромной и цветной видеокамер. Далее устанавливают диагностический курсор на фрагменте изображения, соответствующем участку ткани, на котором производят измерение  флуоресценции. После чего определяют индекс флуоресценции в области, выделенной диагностическим курсором, нормируют полученное значение индекса флуоресценции на референсное значение индекса флуоресценции, получая при этом относительную или абсолютную концентрацию фотосенсибилизатора. Далее выводят численное значение концентрации фотосенсибилизатора на устройство вывода. При этом для определения индекса флуоресценции выполняют следующие этапы. Вычисляют среднее значение интенсивности пикселей изображения, полученного с монохромной видеокамеры в области, выделенной диагностическим курсором, и нормируют его на параметры монохромной видеокамеры. Вычисляют среднее значение интенсивности пикселей изображения красного канала цветной видеокамеры в области, выделенной диагностическим курсором, и нормируют его на параметры цветной видеокамеры. Затем нормируют первое полученное значение на второе. Изобретение позволяет повысить эффективность фотодинамической терапии, а также повысить качество протоколирования проведенных исследований. 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области обработки данных и медицины, а именно к нейроонкологии, в частности к способу определения и визуализации концентрации содержания фотосенсибилизатора в биоткани при проведении фотодинамической терапии и при проведении флуоресцентной диагностики онкологических заболеваний в режиме реального времени, в том числе для контроля проведения фотодинамической терапии с использованием обычных операционных микроскопов во время проведения хирургической операции для улучшения клинических результатов лечения больных со злокачественными опухолями нервной системы различной локализации.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В современной клинической онкологии одним из перспективных методов лечения является фотодинамическая терапия (ФДТ). При ФДТ больному вводится препарат, называемый фотосенсибилизатор, который селективно накапливается преимущественно в опухолевых тканях и в значительно меньшей степени в здоровых тканях. При последующем облучении тканей оптическим, в частности лазерным, излучением, длина волны которого находится в пределах полосы поглощения фотосенсибилизатора, происходит фотовозбуждение его молекул. Взаимодействие возбужденных молекул фотосенсибилизатора с веществами и средами биологических тканей приводит к образованию цитотоксических агентов (синглетного кислорода, свободных радикалов и т.п.), разрушающих окружающие клетки. Энергия части возбужденных молекул фотосенсибилизатора расходуется на флуоресценцию, что позволяет осуществлять флуоресцентную диагностику с целью определения границ опухоли и незаметных участков распространения. При облучении фотосенсибилизированных тканей может также происходить фоторазрушение фотосенсибилизатора (фотобличинг), которое проявляется в снижении интенсивности флуоресценции фотосенсибилизатора.

В России зарегистрированы препараты на основе 5-аминолевулиновой кислоты (5-АЛК), на основе хлорина-е6 и на основе фталоцианина алюминия. Все перечисленные препараты флуоресцируют при поглощении света специфичных для препарата длин волн. Для проведения успешного сеанса ФДТ требуется три условия: наличие фотосенсибилизатора в должной концентрации, наличие кислорода, который доставляется к тканям по кровеносным сосудам с оксигенированным гемоглобином и подача специфичной для фотосенсибилизатора световой дозы на специфичной для фотосенсибилизатора длине волны, выражающейся в единицах энергии на единицу объема. Если наличие кислорода гарантировано в живом организме, где есть достаточное количество действующих сосудов, а световая доза поддается расчету и зависит от времени облучения терапевтическим источником известной мощности, то концентрация фотосенсибилизатора является неизвестным параметром и для проведения успешного сеанса требует отдельного измерения, причем в абсолютных единицах.

Оценка концентрации фотосенсибилизатора в относительных единицах, как контраст по отношению к другим участкам ткани, нужна для контроля проведения ФДТ. При проведении ФДТ часть препарата «выгорает», что сопровождается либо уменьшением, либо полным отсутствием флуоресценции в опухолевой ткани. Таким образом, по падению уровня флуоресценции можно судить о том, что доставленная световая доза соответствует терапевтической. Использование флуоресцентных диагностических установок позволяет оценивать параметры флуоресценции, и на основании полученных данных проводить мониторинг эффективности ФДТ.

Метод флуоресцентной навигации в нейрохирургии онкологических новообразований зарекомендовал себя как важный инструмент, повышающий радикальность операции, и тем самым повышающий продолжительность жизни. Тем не менее, метод продолжает развиваться и повышение его успешности в том числе зависит от собранной статистики. При документировании исследований, которые послужат для формирования статистики, в настоящий момент используются субъективные оценки светимости флуоресценции и отношения светимости в одних участках ткани относительно других и/или в других промежутках времени в течение лечения. Для повышения достоверности описания исследований нужен инструмент, который позволяет хирургу, не отвлекаясь от операционного поля, оценить концентрацию фотосенсибилизатора в любой точке операционного поля с возможностью это запротоколировать.

Известен способ проведения комбинированной интраоперационной спектроскопической диагностики опухолей головного и спинного мозга (RU 2497558 C1, опубл. 10.11.2013), в процессе которого в рамках предоперационной подготовки пациенту перорально вводят раствор гидрохлорид-5-аминолевулиновой кислоты (за несколько часов до начала удаления опухоли) и включающий собственно интраоперационный спектроскопический анализ содержания в исследуемых тканях опухолевого маркера посредством приведения в мягкий контакт дистального конца оптоволоконного зонда и исследуемого участка ткани. В данном способе производится точечное спектроскопическое исследование с целью выявления флуоресцентного сигнала и определения оптических свойств ткани. По совокупности флуоресцентного сигнала и опознаванию оптических параметров можно обнаружить очаг, не поддающийся визуализации с помощью видеофлуоресцентного режима. При исследовании комбинированной спектроскопии выявляется в том числе индекс флуоресценции. Однако с помощью данного метода невозможно осуществлять диагностику в автоматическом режиме в режиме реального времени по одному видеоизображению, так как метод требует применения оптоволоконного зонда, что ощутимо затрудняет проведение диагностики и увеличивает время, необходимое для проведения исследования.

Известен способ фотодинамической терапии (RU 2552032 C1, опубл. 10.06.2015), в котором после выполнения фотодинамической терапии проводят спектрально-флуоресцентную диагностику и определяют степень выгорания препарата. При регистрации полного выгорания процедуру ФДТ завершают. Однако в указанном способе неясно, каким образом вычисляют отношение опухоль/норма, по которому диагностируют степень выгорания. В способе не раскрыты ни алгоритмические, ни технические аспекты проведения флуоресцентного исследования. Также в заявленном способе нет возможности оперативно, в процессе ФДТ, не отвлекаясь от операционного поля, осуществлять подбор дозы излучения на основании данных флуоресцентной визуализации. Кроме того, указанный метод увеличивает время проведения операции, что ухудшает прогноз пациента, находящегося в процессе операции под действием наркоза.

Известны способы и системы для измерения концентраций нескольких флуорофоров в образце (US 20080212866 A1, опубл. 04.08.2009; US 7426026 B2, опубл. 16.09.2008). При этом известны типы флуорофоров и их спектры. Указанные методы в первую очередь описывают алгоритм поиска разных флуорофоров с пересекающимися спектрами и нацелены на гистологическое флуоресцентное исследование в стандартных условиях, где оптические свойства ткани известны, а объектив микроскопа и расположение образца строго зафиксированы.

Наиболее близким аналогом является способ гиперспектральной оценки флуоресценции и оптических свойств ткани в масштабе реального времени при интраоперационной флуоресцентной навигации в процессе нейрохирургических процедур, включая, но не ограничиваясь, процедуру резекции опухоли головного мозга (WO 2013109966 A1, опубл. 25.07.2013). При этом получают изображения операционного поля, при этом система оценивает спектры флуоресценции и обратного отражения для каждой точки изображения, позволяя производить корректировку флуоресцентных спектров точек с помощью измеренных оптических свойств ткани . Однако указанный способ не позволяет проводить измерения при разной геометрии эксперимента и не может быть достаточно быстрым, чтобы обеспечивать смену кадров с частотой, соответствующей частоте телевизионной развертки.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка способа численной оценки как контраста накопления фотосенсибилизатора, то есть отношения концентрации фотосенсибилизатора в патологической ткани к концентрации фотосенсибилизатора в заведомо здоровой ткани, так и количественной оценки концентрации фотосенсибилизатора в абсолютных единицах в биологической ткани при проведении флуоресцентного исследования в режиме реального времени в заданной точке или небольшом относительно всего изображения участке, по видеоизображению, при непостоянном взаимном расположении приемного устройства относительно исследуемой ткани.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является повышение эффективности фотодинамической терапии за счет непрерывного контроля и одновременного мониторинга концентрации фотосенсибилизатора облучаемого участка в течение процесса лечения опухолей, а также повышение качества протоколирования проведенных исследований, что в перспективе повысит чувствительность и специфичность флуоресцентной диагностики, а также повышение радикальности иссечения опухоли, если исследуемый участок совпадает с местом резекции.

Технический результат достигается тем, что способ количественной оценки концентрации фотосенсибилизатора в режиме реального времени в произвольной области исследуемого участка ткани включает следующие этапы: получают изображение исследуемого участка ткани, полученное в ходе проведения флуоресцентной диагностики и фиксированное с помощью монохромной и цветной видеокамер; устанавливают диагностический курсор на фрагменте изображения, соответствующему участку ткани, на котором производят измерение флуоресценции; определяют индекс флуоресценции в области, выделенной диагностическим курсором; нормируют полученное значение индекса флуоресценции на референсное значение индекса флуоресценции, получая при этом относительную или абсолютную концентрацию фотосенсибилизатора; выводят численное значение концентрации фотосенсибилизатора на устройство вывода; при этом для определения индекса флуоресценции выполняют следующие этапы: вычисляют среднее значение интенсивности пикселей изображения, полученного с монохромной видеокамеры в области, выделенной диагностическим курсором, и нормируют его на параметры монохромной видеокамеры; вычисляют среднее значение интенсивности пикселей изображения красного канала цветной видеокамеры в области, выделенной диагностическим курсором, и нормируют его на параметры цветной видеокамеры; нормируют первое полученное значение на второе.

Кроме того, выводят численное значение концентрации фотосенсибилизатора поверх изображения исследуемого участка ткани, полученного в ходе проведения флуоресцентной диагностики, на устройство вывода.

Кроме того, для определения референсного значения индекса флуоресценции для определения относительной концентрации фотосенсибилизатора выполняют следующие этапы: получают изображение исследуемого участка ткани, полученное в ходе проведения флуоресцентной диагностики и фиксированное с помощью монохромной и цветной видеокамер, устанавливают диагностический курсор на фрагменте изображения, соответствующему участку заведомо здоровой ткани, на котором производят измерение флуоресценции, определяют индекс флуоресценции в области, выделенной диагностическим курсором, при этом вычисляют среднее значение интенсивности пикселей изображения, полученного с монохромной видеокамеры в области, выделенной диагностическим курсором, и нормируют его на параметры монохромной видеокамеры, вычисляют среднее значение интенсивности пикселей изображения красного канала цветной видеокамеры в области, выделенной диагностическим курсором, и нормируют его на параметры цветной видеокамеры, нормируют первое полученное значение на второе, запоминают полученное значение как референсное.

Кроме того, для определения референсного значения индекса флуоресценции для определения абсолютной концентрации фотосенсибилизатора выполняют следующие этапы: получают изображение образца, фиксированное с помощью монохромной и цветной видеокамер, устанавливают диагностический курсор на фрагменте изображения, соответствующем участку образца, оптические свойства которого максимально приближены к оптическим свойствам нервной ткани в красной части спектра, что соответствует от 600 нм до 750 нм, в области, выделенной диагностическим курсором, при этом вычисляют среднее значение интенсивности пикселей изображения, полученного с монохромной видеокамеры в области, выделенной диагностическим курсором, и нормируют его на параметры монохромной видеокамеры, вычисляют среднее значение интенсивности пикселей изображения красного канала цветной видеокамеры в области, выделенной диагностическим курсором, и нормируют его на параметры цветной видеокамеры, нормируют первое полученное значение на второе, запоминают полученное значение как референсное.

Кроме того, в качестве образца используют интралипид с добавлением фотосенсибилизатора так, что его концентрация в итоге составит 1мг/кг.

Кроме того, в качестве параметров цветной и монохромной видеокамер выбирают время экспозиции и коэффициент усиления соответствующей видеокамеры.

Кроме того, диагностический курсор устанавливают в автоматическом режиме или в ручном режиме с помощью устройства ввода.

Кроме того, диагностический курсор устанавливают в центре системы отображения устройства вывода или в центре изображения.

Кроме того, область, выделенную диагностическим курсором, на фрагменте изображения частично затемняют или выделяют контуром.

Нормировка интенсивности флуоресцентного сигнала на сигнал красного канала цветной видеокамеры позволяет с некоторой погрешностью нивелировать влияние взаимного геометрического расположения объектива операционного микроскопа и биологической ткани.

Красный канал цветной видеокамеры принимает рассеянный назад исследуемой тканью свет красного участка спектра источника белого света, и его интенсивность зависит только от оптических свойств ткани, расстояния до ткани и угла, на который повернута ткань по отношению к объективу микроскопа. Монохромная видеокамера принимает сигнал, который зависит от концентрации фотосенсибилизатора и в той же мере с некоторым допущением степени, что и сигнал с цветной видеокамеры, от оптических свойств ткани, расстояния до ткани и угла, на который повернута ткань по отношению к объективу микроскопа. Кроме того, оптические свойства нервной ткани в диапазонах от 600 нм до 630 нм и от 650 нм до 700 нм во многом схожи. Таким образом, получаемый индекс флуоресценции с некоторой погрешностью зависит только от концентрации введенного фотосенсибилизатора, причем, линейно.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена общая схема этапов заявленного способа.

На фиг. 2 представлена детализация этапов выполнения заявленного способа.

На фиг. 3 представлен в качестве примера результат определения относительной концентрации фотосенсибилизатора и одновременного вывода результирующего изображения исследуемого участка ткани и численного значения относительной концентрации фотосенсибилизатора (в верхнем левом углу) а) в норме, б) в опухоли.

На фиг. 4 представлен общий вид системы, реализующий заявленный способ.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ТЕРМИНЫ

В данном документе под термином «диагностический курсор» понимают точку или группу связанных точек заданной формы на изображении, в рамках которой оптические свойства и степень поражения соответствующей исследуемой ткани можно считать гомогенными.

В данном документе под термином «индекс флуоресценции» понимают значение, пропорциональное интенсивности флуоресценции и не зависящее от взаимного расположения микроскопа и исследуемого участка ткани, коэффициента увеличения микроскопа, формы и размера диагностического курсора, настроек камеры.

Под термином «исследуемый участок ткани» в данном документе понимают участок тела, в пределах которого производится оперативное вмешательство, а также любой другой объект, например образец с неизвестной концентрацией фотосенсибилизатора, подлежащий флуоресцентному исследованию с целью оценки накопления фотосенсибилизатора или другого люминофора.

Под термином «операционное поле» понимают участок тела, в пределах которого производится оперативное вмешательство.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В общем, изобретение предлагает автоматизированный метод и алгоритм определения относительной и/или абсолютной концентрации введенного препарата в заданной точке биологической ткани при проведении флуоресцентной навигации.

Основными этапами заявленного способа (100) являются выделение области с помощью диагностического курсора на изображении исследуемого участка ткани, полученном в ходе проведения флуоресцентной диагностики, который соответствует участку ткани, на котором производят количественную оценку концентрации фотосенсибилизатора в режиме реального времени.

Далее будут представлены детальные шаги заявленного способа.

На первом этапе (101) получают изображение исследуемого участка ткани, полученное в ходе проведения флуоресцентной диагностики. Флуоресцентную диагностику в процессе нейрохирургической операции проводят следующим образом.

Перед операцией пациенту вводят фотосенсибилизатор предпочтительно на основе 5-АЛК, за 3 ч до ее начала. Операция проводится с помощью операционного микроскопа, который всегда направлен на операционное поле сверху вниз, при этом головка микроскопа позволяет незначительные отклонения от вертикальной оси не более 30°, позволяя смещать центр изображения в окулярах в разные точки операционной раны и перемещаться вертикально относительно операционной раны в пределах нескольких десятков сантиметров. Операционная рана имеет сложную пространственную форму.

Поверхность исследуемой ткани облучают смешанным изотропно потоком, состоящим из монохроматического излучения, возбуждающего флуоресценцию введенного фотосенсибилизатора с длиной волны 638 нм и мощностью источника не менее 1,5 Вт, и белого света, оптически фильтруемого так, чтобы излучаемый белый свет имел спектр с длиной волны не более 630 нм.

Осуществляют регистрацию диффузно-отраженного и флуоресцентного сигнала с помощью цветной видеокамеры и монохромной видеокамеры соответственно. Полученные видеоизображения используют для последующего анализа. Для определения начальных данных для анализа осуществляют второй этап.

На втором этапе (102) устанавливают диагностический курсор на фрагменте изображения, соответствующем участку ткани, на котором производят измерение флуоресценции. Предпочтительно диагностический курсор устанавливают в центре изображения.

В некоторых вариантах осуществления изображения могут отображаться в одном из трех режимов 1) только цветное изображение (цветная видеокамера), 2) только флуоресцентное изображение (монохромная видеокамера), 3) флуоресцентное изображение, наложенное на цветное изображение (цветная видеокамера и монохромная видеокамера).

В некоторых вариантах осуществления диагностический курсор может быть установлен на цветное изображение.

В некоторых вариантах осуществления диагностический курсор может быть установлен на монохромное изображение.

В некоторых вариантах осуществления диагностический курсор может быть установлен на результирующее изображение, полученное в результате наложения изображения, поступающего с монохромной видеокамеры на изображение, поступающее с цветной видеокамеры в режиме реального времени.

При этом форма диагностического курсора может быть различной, например прямоугольник, квадрат, окружность или любая их комбинация определенного размера.

Предпочтительно, в качестве диагностического курсора может быть выбран, например, квадрат размером 30 пикселей на 30 пикселей. Пространственная координата каждого пикселя (x, y) изображения соответствует определенному месту в исследуемом участке ткани.

В некоторых вариантах осуществления диагностический курсор устанавливают в автоматическом режиме.

В автоматическом режиме положение диагностического курсора ассоциировано с положением головки операционного микроскопа.

В автоматическом режиме возможна работа в диалоговом режиме. Например, хирург имеет возможность после установки диагностического курсора производить различные манипуляции над областью, выделенной диагностическим курсором.

В некоторых вариантах осуществления область, выделенную диагностическим курсором, на фрагменте изображения, частично затемняют или выделяют контуром.

Возможен вариант, при котором положение диагностического курсора на изображении автоматически сопоставляется с положением дистального конца хирургического инструмента. В этом случае хирург всегда будет знать, есть или нет накопление фотосенсибилизатора в том месте, куда поднесен хирургический инструмент.

В некоторых вариантах осуществления диагностический курсор устанавливают в ручном режиме с помощью устройства ввода.

На следующем этапе (103) выполняется определение индекса флуоресценции в области, выделенной диагностическим курсором. Для этого выполняют следующую последовательность действий.

Вычисляют среднее значение интенсивности пикселей изображения, полученного с монохромной видеокамеры в области, выделенной диагностическим курсором, и нормируют его на время экспозиции и коэффициент усиления монохромной видеокамеры.

Далее вычисляют среднее значение интенсивности пикселей изображения красного канала цветной видеокамеры в области, выделенной диагностическим курсором, и нормируют его на время экспозиции и коэффициент усиления цветной видеокамеры.

Указанное выше среднее значение интенсивности пикселей определяют как отношение суммы значений всех интенсивностей пикселей в области, выделенной диагностическим курсором, к количеству пикселей в данной области.

Под временем экспозиции видеокамеры понимают интервал времени, в течение которого светочувствительная матрица видеокамеры регистрирует изображение одного кадра. Время экспозиции для каждого сенсора регулируется и рассчитывается индивидуально в соответствии с условиями освещенности исследуемой ткани, накоплением фотосенсибилизатора, светосилой оптической системы используемого микроскопа, чувствительностью сенсора видеокамеры и взаимным геометрическим расположением сенсора и исследуемой ткани .

Индекс флуоресценции получают путем нормирования первого полученного значения на второе и выводят на устройство вывода.

Значение индекса флуоресценции не зависит от положения головки микроскопа (дальше - ближе) или от его наклона по отношению к поверхности, но зависит от цветового оттенка исследуемого участка. Таким образом, корректно сравнивать только схожие по составу и спектральным свойствам участки биологических тканей.

На этапе (104) нормируют полученное значение индекса флуоресценции на референсное значение индекса флуоресценции, получая при этом относительную или абсолютную концентрацию фотосенсибилизатора.

Для оценки относительной концентрации фотосенсибилизатора в нервной ткани, как отношения концентрации фотосенсибилизатора в патологической ткани к концентрации фотосенсибилизатора в здоровой ткани, диагностический курсор устанавливают на фрагменте изображения, соответствующем участку заведомо здоровой ткани, на котором производят измерение флуоресценции.

Производится последовательность действий, описанная выше на этапе (103), в результате которой на устройство вывода выводится численное значение, характеризующее индекс флуоресценции области, выделенной диагностическим курсором, которая соответствует области заведомо здоровых тканей. Значение индекса флуоресценции здоровой ткани запоминается как референсное.

При дальнейших исследованиях при направлении диагностического курсора на фрагмент изображения, соответствующий исследуемому участку ткани на устройство вывода будет выводиться значение индекса флуоресценции, нормированное на референсное значение, которое будет с известной погрешностью соответствовать относительной концентрации фотосенсибилизатора.

Данный показатель используется для определения степени патологии исследуемой ткани, и на его основании делается вывод о необходимости удаления тканей и об эффективности проведенной ФДТ.

Например, если в подозрительном участке ткани значение относительной концентрации фотосенсибилизатора равно 4, значит, существует потребность в удалении ткани. Если индекс флуоресценции в подозрительном участке ткани больше, чем референсное значение индекса флуоресценции в 1,3 раза, вероятнее всего, нет смысла удалять этот участок ткани.

Если индекс флуоресценции после проведения ФДТ в 2 раза ниже, чем индекс флуоресценции в этой же точке до ФДТ, значит, терапия прошла с положительным результатом. В случае, если индексы флуоресценции в одной и той же точке до и после ФДТ не отличаются или отличаются незначительно, то следует перепроверить оборудование. Терапия, вероятнее всего, была неэффективна.

Для оценки абсолютной концентрации фотосенсибилизатора в нервной ткани предварительно, перед исследованием, изготавливают стандартный образец размером, например, не менее 50 мм × 50 мм и толщиной не менее 20 мм, оптические свойства которого максимально приближены к таковым у нервной ткани, особенно в красной части спектра, что соответствует от 600 нм до 750 нм.

Например, в качестве стандартного образца может быть использована плоская стеклянная емкость с раствором интралипида с фотосенсибилизатором концентрацией 1 мг/кг. Возможны варианты осуществления, когда раствор дополнительно включает желатин и/или наночастицы оксида железа.

Далее в процессе хирургической операции получают изображение образца, фиксированное с помощью монохромной и цветной видеокамер, устанавливают диагностический курсор на фрагменте изображения, соответствующем участку образца.

Определяют индекс флуоресценции согласно этапу (103) и запоминают его как референсное. На устройство вывода, начиная с этого момента, выводят индекс флуоресценции, нормированный на референсное значение, которое с погрешностью, зависящей в основном от спектра поглощения исследуемой ткани, будет соответствовать абсолютной концентрации фотосенсибилизатора.

Здесь стоит отметить, что в реальных клинических условиях абсолютная калибровка, как диагностический критерий оценки патологии ткани, мало применима в силу различия в скорости метаболических процессов разных пациентов, в то время как относительное накопление в сравнении с нормой имеет важное диагностическое значение.

Результатом всех предыдущих этапов является вывод численного значения концентрации фотосенсибилизатора на устройство вывода (105).

В некоторых вариантах воплощения численное значение концентрации фотосенсибилизатора выводят поверх изображения исследуемого участка ткани, полученного в ходе проведения флуоресцентной диагностики, на устройство вывода.

При этом расположение места вывода численного значения на устройства вывода может быть различным. В предпочтительном варианте данное значение выводится в углу системы отображения устройства вывода, в углу изображения или непосредственно рядом с установленным диагностическим курсором.

Таким образом, при проведении флуоресцентной навигации хирург видит в предпочтительном варианте осуществления на устройстве вывода изображение исследуемого участка ткани, например, с затемненной областью, выделенной диагностическим курсором, и в любом произвольном месте устройства вывода – индекс флуоресценции указанной области.

Пример такого изображения приведен на фиг. 3. В центральной области установлен диагностический курсор, который обозначен затемненным квадратом. В области, заданной диагностическим курсором, осуществляется вычисление концентрации исследуемого фотосенсибилизатора по уровню флуоресцентного сигнала в норме (фиг. 3а) и в опухоли (фиг. 3б). Значение в левом верхнем углу обозначает относительный контраст флуоресценции.

В автоматическом режиме при движении головки микроскопа диагностический курсор ассоциируется с другим участком исследуемой ткани и индекс флуоресценции изменяется, при этом определение индекса флуоресценции определяется в соответствии с заявленным этапом способа (103).

На фиг. 4 изображен макет системы, реализующий заявленный способ (100), которая позволит хирургу, не отвлекаясь от исследуемого участка ткани, оценить концентрацию фотосенсибилизатора в заданной точке по видеоизображению, идущему в операционный микроскоп, что повысит эффективность фотодинамической терапии и повысит качество протоколирования проведенных исследований, что в перспективе повысит чувствительность и специфичность флуоресцентной диагностики, а подключение требуемого модуля к операционному микроскопу снизит время, необходимое для хирургического вмешательства, и снизит вероятность неблагоприятных ситуаций за счет того, что клиницист не выпускает исследуемый участок ткани из вида.

Система позволяет регистрировать отраженный белый свет и флуоресцентное свечение по отдельности посредством по меньшей мере одного двухканального блока детектирования, в каждом из каналов которого установлена видеокамера. При этом блок детектирования подключен к по меньшей мере одному оптическому выходу операционного микроскопа.

Для достижения максимальной чувствительности в диагностическом канале устанавливают монохромную видеокамеру, в качестве которой применяется высокочувствительная монохромная цифровая ПЗС-камера. В навигационном канале устанавливают цветную видеокамеру, в качестве которой используют цветную чувствительную цифровую КМОС-камеру.

Монохромная видеокамера фиксирует изображение в узком спектральном диапазоне красного сегмента видимого спектра и в ближнем ИК диапазоне, то есть от 650 нм до 750 нм, соответствующем полосе флуоресценции 5-АЛК индуцированного протопорфирина-XI, препаратов на основе хлорина е-6 и препаратов на основе фталоцианина алюминия. Цветная видеокамера регистрирует изображение в широком спектральном диапазоне, но не пересекающимся с рабочим диапазоном монохромной камеры, то есть от 400 нм до 630 нм.

Анализ полученных изображений осуществляют с помощью системы обработки изображений.

В общем случае система обработки изображений может содержать по меньшей мере один процессор, выполняющий основную вычислительную работу при реализации этапов способа (100), и оперативную память, предназначенную для сохранения команд, используемых по меньшей мере одним процессором, в том числе для сохранения изображений, полученных от видеокамер.

Процессор также приспособлен для подготовки изображений для отображения на устройстве вывода.

Устройство вывода может включать в себя, не ограничиваясь, монитор, телевизор, проектор, жидкокристаллический дисплей, светодиодный дисплей или любой другой дисплей, на котором может быть просмотрено изображение, и может быть подключен к системе формирования изображения, описанной здесь.

В некоторых вариантах воплощения процессор приспособлен для подготовки изображений для отображения с помощью проекционного блока в окулярах операционного микроскопа, что позволяет снизить вероятность неблагоприятных ситуаций за счет того, что клиницист не выпускает исследуемый участок ткани из вида.

Средства ввода выбираются из ряда известных различных устройств, в том числе в общем случае включают в себя клавиатуру, сенсорный экран, манипуляторы типа мышь, тачпад или трэкбол, устройства, реагирующие на жесты, устройства, основанные на гироскопической и акселерометрической ориентации, микрофон, кнопки и/или переключатели для приема команд и ввода от оператора, например для определения диагностического курсора, режима выводимого изображения и/или другой информации.

Например, в некоторых вариантах осуществления педаль ножного управления может использоваться с системой обработки изображения, которая позволяет хирургу быстро переключаться между различными режимами отображения без использования рук.

Интерфейсы ввода/вывода представляют собой стандартные порты и средства сопряжения устройств и передачи данных, выбираемые исходя из необходимой конфигурации исполнения системы, в частности USB (2.0, 3.0, 3.1, USB-C, mini, micro), Ethernet, PCI, AGP, COM, LPT, PS/2, SATA, FireWire и тому подобное.

Средства передачи данных выбираются из устройств, предназначенных для реализации процесса коммуникации между различными устройствами посредством проводной и/или беспроводной связи.

Таким образом, согласно изобретению количественный показатель концентрации фотосенсибилизатора в заданной области исследуемого участка ткани визуально отображается на видеоизображении данного участка ткани, что позволяет повысить чувствительность и специфичность флуоресцентной диагностики и сделать оценку накопления фотосенсибилизатора в участке, который планируется к хирургическому удалению, а также произвести оценку эффективности проведения фотодинамической терапии.

1.     Способ количественной оценки концентрации фотосенсибилизатора в режиме реального времени в произвольной области исследуемого участка ткани, включающий следующие этапы

- получают изображение исследуемого участка ткани, полученное в ходе проведения флуоресцентной диагностики и фиксированное с помощью монохромной и цветной видеокамер;

- устанавливают диагностический курсор на фрагменте изображения, соответствующем участку ткани, на котором производят измерение флуоресценции;

- определяют индекс флуоресценции в области, выделенной диагностическим курсором;

- нормируют полученное значение индекса флуоресценции на референсное значение индекса флуоресценции, получая при этом относительную или абсолютную концентрацию фотосенсибилизатора;

- выводят численное значение концентрации фотосенсибилизатора на устройство вывода;

при этом для определения индекса флуоресценции выполняют следующие этапы:

- вычисляют среднее значение интенсивности пикселей изображения, полученного с монохромной видеокамеры в области, выделенной диагностическим курсором, и нормируют его на параметры монохромной видеокамеры;

- вычисляют среднее значение интенсивности пикселей изображения красного канала цветной видеокамеры в области, выделенной диагностическим курсором, и нормируют его на параметры цветной видеокамеры;

- нормируют первое полученное значение на второе.

2.     Способ по п.1, отличающийся тем, что выводят численное значение концентрации фотосенсибилизатора поверх изображения исследуемого участка ткани, полученного в ходе проведения флуоресцентной диагностики, на устройство вывода.

3.     Способ по п.1, отличающийся тем, что для определения референсного значения индекса флуоресценции для определения относительной концентрации фотосенсибилизатора выполняют следующие этапы:

- получают изображение исследуемого участка ткани, полученное в ходе проведения флуоресцентной диагностики и фиксированное с помощью монохромной и цветной видеокамер,

- устанавливают диагностический курсор на фрагменте изображения, соответствующем участку заведомо здоровой ткани, на котором производят измерение флуоресценции,

- определяют индекс флуоресценции в области, выделенной диагностическим курсором,

при этом

- вычисляют среднее значение интенсивности пикселей изображения, полученного с монохромной видеокамеры в области, выделенной диагностическим курсором, и нормируют его на параметры монохромной видеокамеры,

- вычисляют среднее значение интенсивности пикселей изображения красного канала цветной видеокамеры в области, выделенной диагностическим курсором, и нормируют его на параметры цветной видеокамеры,

- нормируют первое полученное значение на второе,

- запоминают полученное значение как референсное.

4.     Способ по п.1, отличающийся тем, что для определения референсного значения индекса флуоресценции для определения абсолютной концентрации фотосенсибилизатора выполняют следующие этапы:

- получают изображение образца, фиксированное с помощью монохромной и цветной видеокамер,

- устанавливают диагностический курсор на фрагменте изображения, соответствующем участку образца, оптические свойства которого максимально приближены к оптическим свойствам нервной ткани в красной части спектра, что соответствует от 600 нм до 750 нм, в области, выделенной диагностическим курсором,

при этом

- вычисляют среднее значение интенсивности пикселей изображения, полученного с монохромной видеокамеры в области, выделенной диагностическим курсором, и нормируют его на параметры монохромной видеокамеры,

- вычисляют среднее значение интенсивности пикселей изображения красного канала цветной видеокамеры в области, выделенной диагностическим курсором, и нормируют его на параметры цветной видеокамеры,

- нормируют первое полученное значение на второе,

- запоминают полученное значение как референсное.

5.     Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве образца используют интралипид с добавлением фотосенсибилизатора так, чтобы его концентрация стала 1 мг/кг.

6.     Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что в качестве параметров цветной и монохромной видеокамер выбирают время экспозиции и коэффициент усиления соответствующей видеокамеры.

7.     Способ по п.1, отличающийся тем, что диагностический курсор устанавливают в автоматическом режиме.

8.     Способ по п.1, отличающийся тем, что диагностический курсор устанавливают в ручном режиме с помощью устройства ввода.

9.     Способ по пп.7 и 8, отличающийся тем, что диагностический курсор устанавливают в центре системы отображения устройства вывода или в центре изображения.

10.     Способ по п.7, отличающийся тем, что положение диагностического курсора ассоциируется с дистальным концом хирургического инструмента, которым производится резекция опухоли.

11.     Способ по п.7, отличающийся тем, что положение диагностического курсора ассоциировано с положением головки операционного микроскопа.

12.     Способ по п.1, отличающийся тем, что область, выделенную диагностическим курсором, на фрагменте изображения частично затемняют или выделяют контуром.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области оптических измерений и касается дозиметра ультрафиолетового излучения. Дозиметр включает в себя последовательно расположенные по ходу распространения излучения средство оптической фильтрации, пропускающее ультрафиолетовое излучение, фотолюминесцентный преобразователь ультрафиолетового излучения в видимое и фотодетектор.

Группа изобретений относится к приборам для качественного и количественного анализа нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) и может быть использована в медицинской практике при диагностике инфекционных, онкологических и генетических заболеваний человека и животных, в также в исследовательских целях.

Группа изобретений относится к медицине, биологии и включает систему и способ ее использования для адресного контроля нейронов мозга живых, свободноподвижных животных на основе размыкаемого волоконно-оптического зонда с многоканальными волокнами.

Группа изобретений относится к области анализа биологических материалов, в частности медицинских тестов. В заявке описаны устройство, система, способ и машиночитаемый носитель для универсального анализа результатов иммунологических диагностических экспресс-тестов.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для визуализации биологических объектов. Для этого осуществляют мечение анализируемых клеточных компонент, клеток, тканей или органов флуоресцентными зондами.

Изобретение относится к медицине и касается способа дифференциальной диагностики аденомы с дисплазией III степени и ранней аденокарциномы толстой кишки, включающего исследование биоптатов новообразования толстой кишки, где гистологический срез биоптата новообразования толстой кишки подвергают флуориметрическому исследованию, измеряя спектры возбуждения флуоресценции с последующим сравнением спектров, испускаемых исследуемым фрагментом ткани, со спектрами доброкачественных и злокачественных новообразований толстой кишки.

Изобретение относится к области спектрального анализа и касается способа идентификации фарфора по виду материала. Способ включает в себя освещение исследуемых образцов, регистрацию спектров фотолюминесценции и создание по спектральным характеристикам обучающей выборки с последующим формированием базы данных в виде 3-х групп образцов по виду материала: костяной фарфор, мягкий и твердый.

Изобретение относится к области оптических измерений и касается оптоволоконного коммутатора лазерного спектроанализатора. Оптоволоконный коммутатор включает в себя оптоволоконный датчик, лазеры, оптоволоконные средства соединения лазеров с датчиком, устройства регулирования мощности лазерного излучения, анализатор флуоресцентного сигнала и компьютерную систему управления и обработки данных.

Изобретение относится к области оптических измерений и касается способа и устройства возбуждения флуоресценции только в тонком слое образца. Возбуждение флуоресценции осуществляют при помощи электромагнитного поля, локализованного вблизи границы раздела между содержащей образец жидкостью и твердой фазой.

Система для определения подлинности банкнот и документов включает портативную приставку, подключенную к смартфону, в который загружены данные об антистоксовских метках различных типов банкнот.
Изобретение относится к медицине, в частности к способу диагностики заболеваний, включающему анкеты-опросники, и может использоваться для диагностики первичного гиперпаратиреоза.

Изобретение относится к медицине, а именно к общей хирургии, травматологии, ортопедии и гнойной хирургии. Через введенный в полость сустава троакар осуществляют забор биоматериалов для исследований посредством поочередного выполнения эвакуации суставного аспирата с помощью шприца через центральный канал троакара.
Изобретение относится к медицине, а именно к акушерству и гинекологии, паразитологии, венерологии, медицинской микробиологии, гематологии, и может быть использовано для диагностики урогенитального трихомониаза.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к биопсийным устройствам. Устройство содержит стержень и трубчатый элемент.

Изобретение относится к медицине, а именно к педиатрии и дерматологии, и может быть использовано ля сбора материала для микробиологического исследования с поверхности кожи у детей раннего возраста.

Изобретение относится к медицинской технике, используемой в общей хирургии, травматологии, ортопедии и гнойной хирургии, и может быть использовано для взятия проб биоматериала для исследований.

Группа изобретений относится к медицине, а именно к хирургии, и касается визуализации кровеносного сосуда в жировой ткани во время операции на этапе удаления этой ткани.

Изобретение относится к экспериментальной медицине и касается диагностики гипоксии плода в модели общей пренатальной гипоксической гипоксии. Моделируют общую пренатальную гипоксическую гипоксию у беременных крольчих породы Шиншилла на сроке 27-28 суток.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к портативным устройствам для извлечения образцов ткани. Портативное устройство содержит игольное устройство и управляющее устройство.

Изобретение относится к области медицины, а именно к акушерству. У женщин в третьем триместре беременности измеряют лобно-затылочный размер головки, длину овоида плода.

Изобретение относится к медицине, урологии. Перед взятием биопсийного материала из мочевого пузыря вводят цистоскоп. Наполняют пузырь раствором антисептика. Надлобковым внебрюшинным доступом полой иглой с заглушкой прокалывают послойно переднюю брюшную стенку и стенку мочевого пузыря. Под визуальным контролем конец иглы подводят к новообразованию. Биопсию выполняют иглой автоматического биопсийного пистолета через тубус полой иглы. Способ позволяет прицельно получить биоптаты всех слоев новообразования стенки мочевого пузыря под цистоскопическим контролем. 5 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области обработки данных и медицины, а именно к нейроонкологии. Способ включает следующие этапы, на которых получают изображение исследуемого участка ткани, полученное в ходе проведения флуоресцентной диагностики и фиксированное с помощью монохромной и цветной видеокамер. Далее устанавливают диагностический курсор на фрагменте изображения, соответствующем участку ткани, на котором производят измерение  флуоресценции. После чего определяют индекс флуоресценции в области, выделенной диагностическим курсором, нормируют полученное значение индекса флуоресценции на референсное значение индекса флуоресценции, получая при этом относительную или абсолютную концентрацию фотосенсибилизатора. Далее выводят численное значение концентрации фотосенсибилизатора на устройство вывода. При этом для определения индекса флуоресценции выполняют следующие этапы. Вычисляют среднее значение интенсивности пикселей изображения, полученного с монохромной видеокамеры в области, выделенной диагностическим курсором, и нормируют его на параметры монохромной видеокамеры. Вычисляют среднее значение интенсивности пикселей изображения красного канала цветной видеокамеры в области, выделенной диагностическим курсором, и нормируют его на параметры цветной видеокамеры. Затем нормируют первое полученное значение на второе. Изобретение позволяет повысить эффективность фотодинамической терапии, а также повысить качество протоколирования проведенных исследований. 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх