Патент на изобретение №2301972

(54) ФОТОМЕТР МЕДИЦИНСКИЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к медицине, а именно к медицинским приборам для измерения оптических параметров кожи (светоотражения и светопоглощения). Фотометр выполнен на базе фотометрического шара, собирающего все отраженное излучение в полусферу от измеряемого объекта, а излучение от лампы с помощью конденсора сфокусировано в плоскость входного объектива, формирующего световое пятно диаметром 16 мм и изображающего оправу конденсора в плоскости выходного отверстия фотометрического шара. Измеряемый образец с диаметром не менее 18 мм установлен на это отверстие с внешней стороны фотометрического шара. Излучение, проинтегрированное фотометрическим шаром, попадает на приемник излучения, установленный во втором выходном отверстии шара, которое ортогонально по отношению к первому, причем для исключения влияния на результат измерений первичного излучения, отраженного от образца на линии, соединяющей центры приемника и первого выходного отверстия шара, установлена шторка, внутренняя поверхность фотометрического шара и шторка покрыты диффузно-рассеивающей эмалью с высоким коэффициентом отражения. Техническим результатом является повышение достоверности измерений. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к медицине, а именно к медицинским приборам для измерения оптических параметров кожи (светоотражения и светопоглащения).

Известен прибор – модифицированная форма спектрофотометра. Основным и непосредственным назначением этого прибора является регистрация функциональной активности внутренних органов человека по изменению оптических свойств кожи [4, 5].

Известно устройство – люминесцентный спектрометр «Perkin Elmer LS 50» (Великобритания) со спектральным диапазоном от 200 до 900 нм для in vivo измерений с использованием Y-образного волоконно-оптического разветвителя.

Дистальный конец разветвителя содержит распределенные случайным образом волокна от обоих проксимальных плеч [6].

За прототип предлагаемого нами прибора можно принять устройство для определения светопроводности кожи in vivo. Данный прибор содержит световой излучатель, установленный перед ним тубус и фотоэлемент, подключенный к амперметру. Конструкция для фиксации фотоэлемента и тубуса при исследовании кожи в отраженном и проходящем свете выполнена в виде П-образного соединения трех пластин, на одной стороне – жестко закреплена стеклянная пластина для фиксации фотоэлемента, а две другие соединены дугообразным элементом для закрепления тубуса, а устройство для фиксации фотоэлемента и тубуса при исследовании кожи в проходящем свете выполнено в виде Х-образного соединения двух пластин, одна из которых изогнута и более короткая часть ее снабжена измерительной шкалой для установки тубуса, а поверхность второй пластины, обращенная к коже, предназначена для фиксации фотоэлемента, при этом тубус выполнен съемным.

Сущность: при помощи измерительного устройства измеряют по областям спектра величину падающего и отраженного от кожных покровов светового потока, проводимого кожей [1, 2, 3].

Преимущества прибора:

– прибор служит как для оценки светопроводности, так и для оценки отраженного и поглощенного светового потока определенной длины волны;

– содержит ряд светофильтров, при помощи которых возможно создавать падающий световой поток разной длины волны;

– возможно применение данного метода для скрининга на злокачественные новообразования кожи.

Недостатки метода и прибора:

– нет унификации измерения: при измерении в затемненном помещении возможно влияние внешних световых факторов; кожа перед измерением никак не подготавливается и не обрабатывается – это может внести существенные погрешности при проведении замеров;

– световоспринимающая площадка имеет большой размер (диаметр 2,31 см), что тоже может вносить погрешности;

– при измерении светопроводности световой поток проходит через кожу (кожную складку) дважды, что не позволяет точно рассчитать коэффициент светопроводности.

Цель изобретения: фотометр предназначен для измерения коэффициентов отражения диффузно-рассеивающих или близких к ним поверхностей, т.е. поверхностей, отражающих падающее на них излучение, в полусфере.

Сущность изобретения

Фотометр построен на базе фотометрического шара 5, назначение которого собрать все отраженное в полусферу излучение от измериямого объекта (фиг.1).

Излучение от лампы 1 (галогеновая лампа КГМН 6,3-15) с помощью конденсора 2 (f=19,2 мм, Осв.=10 мм) фокусируется в плоскость входного объектива 4 (линза, f=40,1 мм, Осв.=12 мм). Объектив формирует световое пятно диаметром 16 мм, изображая оправу конденсора 2 в плоскости выходного отверстия фотометрического шара. На это отверстие, с внешней стороны фотометрического шара, устанавливается измеряемый образец, диаметр которого должен быть не менее 18 мм. Фотометр также может накладываться на протяженную поверхность, коэффициент отражения которой требуется измерить. Излучение, проинтегрированное фотометрическим шаром, попадает на приемник излучения 7, установленный во втором выходном отверстии шара, которое ортогонально по отношению к первому.

Для исключения влияния на результаты измерений первичного излучения, отраженного от образца, на линии, соединяющей центры приемника и первого выходного отверстия шара, установлена шторка 8. Внутренняя поверхность фотометрического шара и шторка покрыты диффузно-рассеивающей эмалью с высоким коэффициентом отражения (эмаль бариевая белая ОСТ 3-1898-82).

В качестве приемника излучения используется кремниевый фотодиод ФД-24 К (Осв.=10 мм) с эффективной спектральной областью работы 450-1100 нм.

Измерения коэффициента отражения могут проводиться, как во всей области спектральной чувствительности, так и в узких спектральных интервалах с шириной около 10 нм, выделяемых интерференционными светофильтрами, установленными в кассетах 3. Кассеты сменные, количество кассет соответствует количеству применяемых светофильтров. Используются светофильтры центральные, длины волн которых лежат в области 450-1100 нм.

Алгоритм измерения коэффициента отражения изучаемой поверхности

Проводятся измерения двух сигналов от приемника излучения с установленным в выходном отверстии эталонным образцом* (калибровка), коэффициент отражения которого известен (Jэ), и образцом, коэффициент отражения которого необходимо определить (Jоб). В итоге мы имеем:

где Роб, Рэ – коэффициенты отражения определяемого и эталонного образцов соответственно.

В цикле непрерывного использования (от включения до выключения фотометра) сигнал от эталонного образца 6 может измеряться один раз, при поддержании на лампе стабильного напряжения. Лампа должна работать при температуре тела накала Тцв около 2900 К, при этом ее напряжение должно быть равным 6,3 В (напряжение подается постоянное, стабилизированное).

Сигнал с приемника излучения снимается с помощью цифрового микроамперметра (не менее 5-ти разрядов), с пределом измерения до 1 мкА.

*В качестве эталонного образца можно использовать молочное стекло МС-20, аттестованное по спектральному коэффициенту диффузного отражения в области 450-1100 нм.

Обращают на себя внимание следующие преимущества предлагаемого прибора над аналогами и прототипами:

– устройство портативно: общий вес фотометрического шара и блока с амперметром и источником питания не превышает 2,5 кг;

– прибор удобен в эксплуатации, есть возможность проводить замеры на любом участке тела;

– имеется возможность проводить замеры в узких спектральных интервалах с шириной около 10 нм с помощью интерференционных светофильтров, длины волн которых лежат в области 450-1100 нм;

– не требуется затемнения помещения, так как фотометрический шар при измерении накрывает исследуемый участок, на который падает свет только от галогеновой лампы;

– фотометрическая сфера создает такие условия, при которых возможно проводить измерения независимо от шероховатостей и неровностей изучаемого участка, так как любой отраженный световой сигнал, многократно преломившись о стенки измерительной сферы, в любом случае попадет на фотодиод.

Источники информации

2. Журавель В.Г. Диагностика и прогнозирование течения базально-клеточного рака кожи (клинические и оптические параметры): Автореф. Дис. …д-ра мед. наук. – М., 1998.

3. Журавель В.Г. Способ определения светопроводности кожи человека. Патент № 1802869, МКИ G01N 33/483 (СССР).

4. Казначеев С.В., Молчанова Л.В. Способ определения наличия и локализации патологического очага в живом организме. / Удостоверение на рациональное предложение № 146, 1984.

5. Молчанова Л.В., Казначеев С.В., Понизко О.А. Устройство для световой диагностики патологического состояния организма и тканей организма. / Удостоверение на рациональное предложение № 154, 1984.

Формула изобретения

Фотометр медицинский, содержащий источник излучения, конденсор, входной объектив, светофильтры узкополосные сменные и фотометрический шар, на первое выходное отверстие которого с внешней стороны устанавливается образец, а излучение, проинтегрированное фотометрическим шаром, попадает на приемник излучения, установленный во втором выходном отверстии шара, которое ортогонально по отношению к первому, отличающийся тем, что излучение источника с помощью конденсора фокусируется в плоскость входного объектива, формирующего световое пятно диаметром 16 мм и изображающего оправу конденсора в плоскости первого выходного отверстия, на которое устанавливается образец с диаметром не менее 18 мм, при этом на линии, соединяющей центры приемника излучения и первого выходного отверстия шара, установлена шторка, а внутренняя поверхность шара и шторка покрыты диффузно-рассеивающей эмалью с высоким коэффициентом отражения.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Извещение опубликовано: 27.04.2009 БИ: 12/2009