Пристрій для неінвазивної оптичної діагностики матеріалів біомедичного походження

МПК 6 G01.M 21/47-21/55 ПРИСТРІЙ ДЛЯ НЕІНВАЗИВНОЇ ОПТИЧНОЇ ДІАГШСТИКИ МАТЕРІАЛІВ ВІОМЕДЙЧНОГО ПОХОДЖЕННЯ Винахід відкоситься до біомєдичної діагностики, а саме до неінвазивної діагностики за допомогою вимірювання спектрів дифуз ного відбивання та поглинання поверхневого прошрку живої та не живої тканин» а також контролю по ц им параметрам паталогічних ділянок по відношенню до здорових ділянок тканин . Е1 домий пристрій для визначення відбиваку-юї здатності ма тері ал їв С А. с. СССР N1286965, МКИ GO1W 21/55, 12. 03. S5. -Бкші. изобр. N4.1987]. До складу даного пристрою входять джерело та приймач випромінювання з реєструючою апаратурою , оптично з ними з'єднані торцями світловолоконні хвилеводи і освітлювальний та вимірювальний.», два інші тори і яких суміщені так між собою, що волокна освітлювального жгута розташовані коаксіально по відно шенню до волокон вимірювального світлово да При иьому тореігь ос. вітлювального жгута виконаний у вигляді конусної порожнини з твірною піл кутом Брюстера по відношенню до напрямку пакування волокон цього жгута, а поверхня тория аимірюнального світловода зроблена у вигляді вгнутої поверхні з радіусом кривизни що спри, чиняв }ю тори! кожного волокна світловода кут Брюсавра для відби того від поверхні випромінювання. Недоліком аналогу є складність конструкції контактуючого із поверхнею зразка вузла, значні втрати інформаційного сигналу внаслідок ефектів багатократного розсіяння віл ділянки досліджу ваної поверхні, обмежені сервісні функції, пов'язані з відсутн і ста аьтоматичного режиму вимі рювання і подачі і нформаиі ї у зручній Формі С графіки таблиці, аналітичні залежності тощо з , }, неможливістю автоматичного вимірювання спектрі ц поглинання та відбивання в. Інтерактивному режимі» а також збереження результатів в архіві та їх автоматичний пошук . Найбільш близьким по технічній суті до запропонованого £ ПРИСТРІЙ для визначення відбиваючої здатності матеріалів біомедичного поход ження С Патент Ук раїни на вина хід ії &0379А від 15. 07.У73. Ло складу даного пристрою входять інфйрмаиійно-вимірю вальна система на базі спектрофотометра з виносним первинним пе ретворювачем у вигляді Інтегруючого зонда, системно пов'язаний через освітлювальний та вимірювальний во.пок-онні світловоди що , оптично з'єднані одним із своїк ториіа відповідно до джерела і приймаче випромінювання, а протилежні їк кіноі оптично під'єднані до Фотометричної головки всередині якої розташована інтегруюча * сферична порожнина з внутрішньою поверхнею, покритою дифузновідбиваючою речовиною , причому ВХІДНИЙ отвір сферичної порожнини знаходиться па одній вісі з робочим отвором, а вихідний отвір розташований нормально до вісі зондуючого вмпромінювання . Недоліком вказаного прототипу є втрати інформаційного сигна лу у вимірювальному світловоді нелінійність йог'о передатних спек тральних характеристик, шо поизводить до зменшення достовірності результату- відсутність внутрішньозондового ек ^-ана, ига дозволяло засвітдювати тореиь вимірювального СЕІТЛОБОЛУ ". а чвсез нього і Фотоприймач першим відбиванням віл зразка, а також відсутність експертної системи , яка дозволила б автоматично приймати рішення і встановлювати діагноз. Е основу винаходу покладено завдання створити пристрій для неінвазивної оптичної діагностики 7шр.1аііі£ біомедиакого походш ження в якому шляхом втановлення приймача ВІЗЛШМІНЮЕЗНЯЯ безпосередньо у вихідному отворі фотометричної головки, а відповідно І вилученням вимірювального світловода спрощується схема зв'язків та збільшується достовірність результатів вимірювання шляхом усування похибок» пов'язаних із передачею сигналу вимірювальний світлово дом. Для вирішення поставленого завдання ьчэзроалено пристрій для ньінв&зивної оптичної діагностики матеріалів біомедичного поход ження до складу якого вкодять дже№ло та приймач випоомінювання з реєструючою апаратурою осві тлю&альний сві тло&оя > що оптично , приєднаний одним із своїх тори їв з джерелом монох^матхічного вип ромінвзвекня,. а іншим тошем - до иттіетричної головки ,, відрізняється тим. що приймач випромінювання встановлений безпо середньо у вихідному отворі фотометричної г-о ловки внутрішня по, шжкина якої покрита зразковим засобом дифузного відбивання, на стіни1 Інтегрувальної сферичної порожнини на ьіеі перпендикулярній до вісі зондуючого випромінювання , відділений оптично від світлової плями ройочого отвору непрозорим білим екраном , причому робочий отвір сферичної порожнини знаходиться на олній осі з вхідним отвором. В якості джерела монохроматичного випромінювання використовується джерело когерентного випромінювання наприклад* , портативний лазер. У вимірювальному каналі пристрою вимірювальний ОПТИЧНИЙ хвилево Д замінено електричним зв1 ЯЗКОМ* ЩО ДОЗВОЛЯЄ спростите схему зв'язків та значно підвищити достовірність результатів вимірювання шляхом усувкення похибок пов'язаник із передачею сигналу , вимірювальним світловодом. Використання у складі контрально-вимірюаального пристрой персонального комп'ютера з проблемно-орієнтованою експертноюснетамою дає можливість автоматичного встановлення діагнозу визна, чення виду і сталії закворшаккя, що підвищує експресність та ефективність нєінвазшної діагностики . На кресленні представлена структурна сквьлз пристрою для неінвазивної оптичної діагностики матеріалів біомеличного повод ження. Пристріл складається э: джерела монохроматичного випроміню вання і MX)-і- оптично з ним пов'язаного освітлювального волокон но-оптичного хвилеыода СВОХЗ-£: торпя ВОХа-3: збірної квашової лінзи чи мікрооб;єктива-4; робочого отвору- 5 сферичної порожни-ни-6; Фотометричної головки СФП-7; оптично прозорої кришки-В; оптично непрозорого екрану -^: еталонного об'єкта вимірювання-ІО ; уоличного матового скла-іі; ЕИКІДНОГО отвору-12: Фс»топриг«лача (ФП)-13,. інтерфеисного електричного зв'язку -14 з блоком обробки та зберігання інформації СБОЗІ - 15: мікропроцесорного контроле) Е>.а -16: персонального комп' ютера-і7: спеціалізованого програмного забезпечення не базі інгшгї:юваної програмної оболонки її ПО -18 ) і проблемної експертної системи ІЕО -19. Первинну обробку інформації та інтерактивне керування монох роматором здійсню? мікропроцесорний контролер на базі однокрис тально! ЕОН LMKJ-ІЬ, що має' системний зв'язок з персональним ком п'ютером L.TKJ-17 І програмним забезпеченням сШ)~Іо. на вериньому рівні якого є проблемноорієнтована експертна система-IE). Ловжина хвилевода може становити не більше і м і визначається зручністю застосування ло реципієнта . Л1амеії > торця BOX пі лон відповідно до вирішуваних задач. Сферична порожнина 6 діаметром 3-I:V см з вхідним 3. вигідним І& і робочим 5 оптичними отЕйраш. покрита зсередини шаром максимально дифузно-Еідоиваючої речовини з Лашертівськоїо індикатрисою розсіяння V ВИДИМІЙ та ближній інфрачервоній області довжин хвиль н&пр-иклад, оксидом , магнію. Тошина шару покриття близько ім&. Г'о зміри еф&сял і лі отворів визначаються конкретною експериментальною ситуацією. У вхідному отворі сфери встановлена збірна кварцова лінза 4 відповідного йому діаметру з Фокусом на робочому отворі 5, V* " 1 вихідному отворі І£ безпосередньо у контакті з фотоприймачем СФШ ІЗ для покр^вдення "косинусних " характерисшк сфери встановлено молочне '.матове) скло її діаметром відповідно ігзгои ФІІ ДЛ§ Ї э>пПйбїгіїнн'Л пряиоро попадання відбитого від зразка оптичного сыгно-лу введено непрозорий екран -9. Діаметр робочого отвору 5 визначається специфікою дослідзрувакої ділянки зразка і 1 або ^идоы па~ »" ІЇІЛОГІЇ і становить 5-1 fc» мм. Контактна поверхня Фс»томеп'рицно1 головки а с-обочим отворои 5 сфери закрита тонким шаром ікришкокх, 1 8 г іившигіою до ікм максимально прозорого маі-гі^іалу. наприклад: . поліметилметакрилат/. V необкідник випадках Т бка кришка і^німається. Фотс-метрична головка конструктивно сьлацю1 Тьс.я з ЛБОХ ЧИСТИЙ , НК показано на креслені і виготовляється із алюмінію чи його сплавів або аналогічної інертної речовини F'oзміри інтегрую. чої пошжнкнм і сфери J розраховуються эа ыдомими у фотометрії за конами, в основу яких покладений принцип Суьдг.нера та співвідно шення діючої і повної площі внутрішньої її поверхні СПетрук Б Г., . Томчук. М.А., Гбркушеьськш B.C. Аналіз тізакссЕормаиії світлового поля у 1нтегк>увальному сезонатої>і//Е1сник БШ.-1997--Ш. -С. SS-93; Букш'&б М. А. Измерения малых оптических потерь. -Л.» Знергоатомизлат, jSib'b. -L\ 51-56. J. Запропонованій пристрій праіисє' у такій послідовності. Пучок. монохроматичного світла певної довжини ХЕИЛ К сформований монохроматором 1 через СУМІСНИЙ з ним освітлювальний ьолоконно-оптичний квилевод І: з мбксималькойд у ньому ж спект^льному діапазоні пропускною здатністю світла фокусується через ЕКІДНИЙ o r rait" З лінзою 4 на робочий отвір 5 інтегруючої сфери с- іотометричної головки ". з і>ргскляно& чи кварілойою насалкою ь. як^ ю.пъно притискat TLu.ii № еталонного об' f кта вимірювання -10 чи 4осsaдуу& РИЄТЬСЯ ділянки поверхні, наприклад, патологічно зміненої ділянки тіла С зразка). Частина нього пучка дифузно відбивається зразком ,інтегрується , створюючи у сферичній порожнині певну просторову опроміненість С яскравість-', яка поступає: черєз молочне скло 11 і ВИГІДНИЙ отвір 12 на фотоприймач ФП 13. наприклад ФДУК -20, зумовлюючи виникнення у ньому відповідного фотоструму . Лля запобігання прямого попадання світла на ФП з світлової плями зразка у сфері втановлено світлонепроникний екрак-9. Далі інформаційний сигнал поступає на блок обробки та зберігання інформації £ ВОЗІ)—15, а саме не мікропроцесорний контролер СМЮ -16, де після підсилення та АІІП обробляється переферійним процесором і далі зчитується ПК-17. де відображається у вигляді графічної залежності коефіцієнта дифузного відбивання від довжини хвилі Обробка . далі ведеться за допомогою спеціалізованого програмного забез печення ГВ-18, а встановлення виду патології діагнозу за допомо, гою проблемної експертної сисгвші ЕС-1Э. Змінюючи довжину хвилі падаючого випромінювання в межах робочого діапазону монохромато ра, отримує мо спектр дифузно го в1дбивання експериментально го зразка. Порівнюючи пого із спектром відповідної здорової ділянки тіла, за допомогою комп'ютера визначають вид, ^ступінь та специфіку досліджуваного відхилення від НОРМИ. Змінюючи розміри фотометричної головки відповідно до конкрет них задач, пристрій можна застосовувати для діагностики різник травм та захворювань живих тканей . Такий метод неінвазивноі сне рушуючої і недазвмуючоіj діагностики за допомогою виносного інтегруючого зонда дозволяє об'єктивно вирішувати не тільки складні криміналістичні та судмедекспертні задачі , а і багатьох захворювань , наприклад : вар1каиєлі„ диференпійка ностика доброякісних та злоякісних пухлин опіки шкіри, визначати , ступінь "Краш- синдрому" при надзвичайних ситуаціях» а також проводити наукові дослідження в шік та інших галузях . Пристрій для неінвазивної оптичної діагностики матеріалів бюмедичного походження. пз 19 EC Автори: ТомчукМ.А. ПетрукВ.Г.