Патент на изобретение №2314034

(54) УСТРОЙСТВО ПОЛУЧЕНИЯ КОНТРАСТНЫХ ОКТ ИЗОБРАЖЕНИЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к медицине, в частности к медицинской диагностике, и может быть использовано для получения контрастных изображений тканей в оптической когерентной томографии. Устройство получения контрастных ОКТ изображений содержит оптический когерентный томограф с щупом, при этом щуп оптического когерентного томографа снабжен измерителем величины прижима его к исследуемому объекту. Использование изобретения направлено на повышение эффективности ОКТ метода за счет повышения контрастности изображений тканей человека. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к медицине, в частности к медицинской диагностике, и может быть использовано для получения контрастных изображений тканей в оптической когерентной томографии (ОКТ).

В последнее время в связи с бурным развитием оптических технологий наблюдается их активное проникновение и применение в медицине. Благодаря успехам в теории оптики рассеивающих сред, появлению новых технологий в оптике фемтосекундных и фемтокоррелированных источников излучения и оптоволоконных элементов, с одной стороны, и с ростом достижений в вычислительной технике – с другой, удалось разработать и создать оптические когерентные томографы, позволяющие получать информацию о внутренней структуре поверхностных биотканей, в том числе и слизистых оболочек, непосредственно при обследовании пациента с пространственным разрешением до 10-15 микрон на глубину до 2 мм.

Большинство патологических процессов сопровождается структурными изменениями ткани. Информация об этих изменениях важна для постановки диагноза и выбора стратегии лечения. Оптическая когерентная томография отображает рассеяние от микронеоднородностей в биоткани, связанное с градиентом показателя преломления. Градиент показателя преломления зависит не только от морфологических особенностей биоткани, но и от физических и химических параметров биоткани, в частности от плотности биоткани.

В настоящее время контрастирование тканей в ОКТ достигается путем введения в исследуемую ткань биосовместимых химических агентов, таких как глицерин, пропилен гликоль, полипропилен гликоль (см., например, статью Ruikang К. Wang and James В. Elder “Propylene glycol as a contrasting agent for optical coherence tomography to image gastrointestinal tissues”, Lasers in surgery and medicine №30, p.201-208, 2002). В данной статье в качестве контрастирующего агента используют раствор пропилен гликоля. Пропиленгликоль имеет показатель преломления больший, чем у внутритканевого и межклеточного вещества, в результате чего происходит уменьшение разницы показателей преломления клеток и окружающей их среды, то есть происходит оптическое просветление ткани. После этого ткань зондируют излучением оптического когерентного томографа и получают контрастное изображение, на котором более четко видны границы структур ткани.

Однако получение контрастных изображений тканей в ОКТ с помощью пропиленгликоля является длительной процедурой, так как оптическое просветление ткани после введения пропиленгликоля происходит не раньше, чем через 40 минут. К тому же необходимость введения пропиленгликоля для получения контрастных изображений затрудняет диагностирование живых тканей человека.

Известно устройство получения данных об эластичности тканей (патент US 5524636, МПК⁶ А61В 8/12, публ. 11.06.1996), которое включает блоки для создания и измерения деформации участка ткани и дисплей для вывода данных о деформации участка ткани.

Недостатком данного устройства является малая информативность выводимых данных для диагностики, поскольку данные на экран выводятся в виде графика зависимости величины деформации от места приложения ее к ткани, а не в виде контрастного изображения самого исследуемого участка ткани.

Ближайшим аналогом разработанного устройства получения контрастных изображений тканей в ОКТ является устройство получения ОКТ изображений (патент RU 2148378, МПК⁷ А61В 6/08, публ. 10.05.2000), которое включает оптический когерентный томограф с щупом.

Недостатком данного устройства является то, что в случае малоконтрастных ОКТ изображений невозможно эффективно диагностировать биоткань по этим изображениям.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка устройства получения контрастных ОКТ изображений, позволяющего повысить эффективность ОКТ метода за счет получаемых контрастных изображений тканей человека.

Указанный технический результат достигается благодаря тому, что разработанное устройство получения контрастных ОКТ изображений так же, как и устройство, которое является ближайшим аналогом, содержит оптический когерентный томограф с щупом.

Новым в разработанном устройстве получения контрастных ОКТ изображений является то, что щуп оптического когерентного томографа снабжен измерителем величины прижима его к исследуемому объекту.

В первом частном случае реализации разработанного устройства получения контрастных ОКТ изображений в качестве измерителя величины прижима щупа оптического когерентного томографа используется сжимаемый материал, прозрачный для излучения, наносимый на поверхность щупа оптического когерентного томографа, обращенную к исследуемому объекту. Применение сжимаемого материала в качестве измерителя величины прижима щупа оптического когерентного томографа наиболее удобно и просто в использовании. Но так как в качестве сжимаемого материала чаще используется органическое вещество, срок службы такого измерителя величины прижима щупа оптического когерентного томографа небольшой.

Во втором частном случае реализации разработанного устройства получения контрастных ОКТ изображений в качестве измерителя величины прижима щупа оптического когерентного томографа используется динамометр. Наиболее целесообразно использование динамометра для измерения величины прижима в мягких тканях, где требуется наибольшая сила прижима.

В третьем частном случае реализации разработанного устройства получения контрастных ОКТ изображений в качестве измерителя величины прижима щупа оптического когерентного томографа используется пьезоэлектрический измеритель величины прижима.

В четвертом частном случае реализации разработанного устройства получения контрастных ОКТ изображений в качестве измерителя величины прижима щупа оптического когерентного томографа используется тензометр. Пьезоэлектрический измеритель величины прижима и тензометр рационально применять для измерения малой величины прижима, например при воспалительном процессе в ткани.

На фиг.1а представлено изображение здоровой ткани до прижима щупа оптического когерентного томографа, на фиг.1б представлено изображение здоровой ткани после прижима щупа оптического когерентного томографа.

На фиг.2а представлено изображение ткани с патологическими изменениями до прижима щупа оптического когерентного томографа, на фиг.2б представлено изображение ткани с патологическими изменениями после прижима щупа оптического когерентного томографа.

На фиг.3 представлена схема реализации устройства получения контрастных ОКТ изображений со сжимаемым материалом, прозрачным для излучения, нанесенным на поверхность щупа оптического когерентного томографа, обращенную к исследуемому объекту, для измерения величины его прижима.

На фиг.4 представлена схема реализации устройства получения контрастных ОКТ изображений с использованием динамометра для измерения величины прижима щупа оптического когерентного томографа.

На фиг.5 представлена схема реализации устройства получения контрастных ОКТ изображений с использованием пьезоэлектрического измерителя величины прижима щупа оптического когерентного томографа.

На фиг.6 представлена схема реализации устройства получения контрастных ОКТ изображений с использованием тензометра для измерения величины прижима щупа оптического когерентного томографа.

Изображение здоровой ткани до прижима щупа оптического когерентного томографа по фиг.1а представляет собой малоконтрастное изображение. Диагностирование по таким изображениям затруднено, так как ткань не имеет четко выраженную слоистость и выглядит как ткань с патологическими изменениями.

Изображение здоровой ткани после прижима щупа оптического когерентного томографа по фиг.1б представляет собой контрастное изображение. Ткань имеет четко выраженную слоистость, что говорит о ее нормальном состоянии.

Изображения ткани с патологическими изменениями до прижима щупа оптического когерентного томографа по фиг.2а и после прижима щупа оптического когерентного томографа по фиг.2б не имеют четко выраженную слоистость.

Устройство по фиг.3 содержит щуп 1 оптического когерентного томографа, сжимаемый слой 2 из материала, прозрачного для излучения, который нанесен на поверхность щупа 1 оптического когерентного томографа, обращенную к исследуемому объекту.

Сжимаемый слой 2 на поверхности щупа 1 оптического когерентного томографа, обращенной к исследуемому объекту, прозрачен для излучения. При формировании изображения исследуемого объекта на экране оптического когерентного томографа также появляется и изображение сжимаемого слоя 2, который при прижиме к исследуемому объекту изменяет свою толщину, что также отображается на экране. По изменению толщины сжимаемого слоя 2 судят о величине силы прижима. Контроль силы прижима необходим во избежание механического повреждения тканей, при котором изменяется нормальное функционирование тканей исследуемого объекта. Также контроль силы прижима необходим для повторного диагностирования, которое производится для корректности сравнения с той же величиной прижима.

Устройство по фиг.4 содержит щуп 1 оптического когерентного томографа, динамометр 3 с упором 4. Динамометр 3 имеет градуированную шкалу 5 и ограничитель 6 давления на ткань.

В конкретной реализации устройства величину силы прижима контролируют с помощью динамометра 3. Динамометр 3 имеет упор 4, который фиксируется на щупе 1 оптического когерентного томографа. При нажатии на динамометр 3 давление передается щупу 1 оптического когерентного томографа. Величина и сила прижима определяются по градуированной шкале 5. Ограничитель 6 давления не допускает пережима ткани.

Устройство по фиг.5 содержит щуп 1 оптического когерентного томографа с пьезоэлектрическим измерителем 7 величины прижима щупа 1 оптического когерентного томографа к исследуемому объекту.

В данной конкретной реализации устройства пьезопластина измерителя 7 крепится на поверхность щупа 1 оптического когерентного томографа, обращенную к исследуемому объекту, с помощью цилиндрической опоры 8. При нажатии пьезопластина изгибается, возникает ток. Показание силы тока, которое соответствует определенной величине прижима, выводится на экран.

Устройство по фиг.6 содержит щуп 1 оптического когерентного томографа, тензометр 9, закрепленный на поверхности щупа 1 оптического когерентного томографа, обращенной к исследуемому объекту.

В результате прижима щупа 1 оптического когерентного томографа к исследуемому объекту к тензометру прикладывается давление, из-за чего его сопротивление меняется. По изменению сопротивления тензометра 9 судят о величине силы прижима.

В конкретной реализации устройства был использован кремниевый полупроводниковый тензометр КТД2Б.

Таким образом, разработанное устройство получения контрастных ОКТ изображений позволяет повысить эффективность ОКТ метода и тем самым повысить точность диагностики при сокращении времени на проведение обследования.

Формула изобретения

1. Устройство получения контрастных ОКТ изображений, то есть изображений, получаемых методом оптической когерентной томографии, содержащее оптический когерентный томограф с щупом, отличающееся тем, что щуп оптического когерентного томографа снабжен измерителем величины прижима его к исследуемому объекту.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве измерителя величины прижима щупа оптического когерентного томографа использован наносимый на поверхность щупа оптического когерентного томографа, обращенную к исследуемому объекту, сжимаемый материал, прозрачный для излучения.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве измерителя величины прижима щупа оптического когерентного томографа использован динамометр.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве измерителя величины прижима щупа оптического когерентного томографа использован пьезоэлектрический измеритель величины прижима.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве измерителя величины прижима щупа оптического когерентного томографа использован тензометр.

РИСУНКИ