СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОНКОЛОГИЧЕСКИХ ЗАБОЛЕВАНИЙ Российский патент 1997 года по МПК A61K49/00 

Изобретение относится к области лазерной медицинской диагностики, в частности, к способам увеличения контрастности внутренней структуры биологических объектов при построении оптического изображения методами лазерной томографии.

Цель диагностика онкологических заболеваний практически безопасным, неинвазивным методом лазерной оптической томографии за счет увеличения отношения сигнал/шум при построении оптического изображения патологически измененных органов и тканей.

Известно применение контрастирующих химических веществ, поглощающих рентгеновское излучение, для увеличения отношения сигнал/шум при построении томографического изображения внутренних органов методами медицинской рентгеновской томографии. Однако, рентгеновская диагностика небезвредна для организма. В то же время использование рентгеноконтрастных веществ для целей оптической томографии не обеспечивает достаточного поглощения лазерного излучения и, следовательно, не позволяет контрастировать биоткани новообразований по отношению к нормальным прилегающим тканям при построении оптического томографического изображения.

Известно также применение химических веществ, например, из класса порфиринов, способных преимущественно накапливаться в тканях злокачественных новообразований, т.е. веществ, обладающих тропностью к таким патологически измененным органам и тканям, для диагностики заболеваний по характерной флуоресценции соединений при оптическом возбуждении. Недостатком такого метода является трудность возбуждения и наблюдения флуоресценции в случае новообразований небольшого размера, а также при локализации новообразований внутри биологических тканей, обладающих сильным рассеянием излучения. В области наибольшего пропускания биотканей ближней инфракрасной части спектра, к которой относится диапазон генерации широко распространенных в медицинской практике неодимовых лазеров (с длиной волны 1,06 мкм), подбор эффективно флуоресцирующих химических веществ практически невозможен.

Наиболее близким по своим характеристикам к предполагаемому изобретению является способ увеличения отношения сигнал/шум при построении оптического изображения объектов, находящихся внутри полупрозрачной диффузной сильнорассеивающей (биологической) средыпутем введения в ее состав равномерно распределенных по всему объему красителей, которые поглощают оптическое излучение прототип. В этом случае изображение объекта получается с помощью баллистических приосевых фотонов, на прохождении которых через среду практически не сказывается рассеяние, что и позволяет использовать томографические алгоритмы построения оптического изображения. Недостатком прототипа в случае использования поглощающих красителей является относительно слабое действие поглощения на баллистические приосевые фотоны, обеспечивающие получение необходимого оптического изображения, по сравнению с внеосевыми фотонами, для которых более существенно наличие поглощения (из-за большего оптического пути в среде): на этом эффекте и основано снижение отношения сигнала (баллистические фотоны) к шуму (внеосевые фотоны) в прототипе. Таким образом в рассматриваемом случае краситель, равномерно распределенный по всему объему рассеивающей среды, не способствует контрастированию изучаемой внутренней структуры рассеивающих объектов.

Указанные недостатки могут быть устранены контрастированием внутренних структур биологических объектов при лазерной томографии путем введения в состав объектов химических соединений, поглощающих излучение используемых лазеров, которые выбирают из веществ, обладающих тропностью к патологически измененным биологическим органам и тканям. В этом случае, в отличие от прототипа, отношение сигнал/шум увеличивается не за счет уменьшения шума (вклада внеосевых фотонов), а за счет увеличения полезного эффекта - поглощения излучения во внутренних структурах объекта, изображение которых находится томографическими методами.

Способ осуществляется следующим образом.

Сначала выбирают химические соединения, обладающие тропностью к патологически измененным органам и тканям, входящим в состав новообразований, для чего используют гистологические методы исследований. Затем спектрофотометрическим методом определяют оптическую плотность D растворов выбранных химических веществ на длине волны генерации лазера, используемого для построения томографического изображения. В слое раствора толщиной 1 мм значение D должно быть не менее 1. Далее осуществляют контрастирование изучаемых тканевых структур выбранными химическими соединениями любым из известных методов, например, путем внутривенного введения in vivo растворов соединений. После отсчета времени, определяемого фармакокинетикой препарата, необходимого для вывода химических веществ из нормальных биологических тканей проводят лазерную томографиюбиологических объектов.

Пример. Эксперимент проводился на группе мышей линии A/Snell, которым была введена доза 10⁷ см^-3 опухолевых клеток штамма ВМР (высокометастазирующего рака), полученного в ОНЦ РАМН. В качестве контрастирующего химического соединения был выбран тетракарбоксидифталоцианин празеодима. Плотность слоя физиологического раствора этого соединения толщиной 1 мм на длине волны генерации используемого неодимого гранатового пикосекундного лазера (1,06 мкм) составляла 1,5 при концентрации соединения 0,3 ммоль/л. Раствор вводился в хвостовую вену животного на 10 день после перевивки. Оптическое изображение опухоли и метастазов во внутренние органы: печень, почки, селезенка, легкие (размером от 2 мм) снималось через 24 часа после введения раствора.

Длительность импульса генерации лазера равнялась 5 пс, энергия в импульсе 5 мкДж, частота повторения импульсов 1 Гц. С целью выделения баллистических фотонов проводилась временная и пространственная селекция регистрируемого излучения.

Оптическое изображение опухоли и метастазов размером порядка 3 мм удалось наблюдать у 100% животных. В контрольной группе животных, которым не вводился раствор соединения, оптическое изображение опухоли получить не удалось, хотя на секционном исследовании было установлено наличие основного опухолевого узла и метастазов в легких, печени, селезенке и почках.

Использование предлагаемого способа контрастирования внутренней структуры биологических объектов обеспечивает построение качественного оптического изображения, что необходимо для осуществления лазерной медицинской томографии.

Изобретение относится к области лазерной медицинской диагностики и может быть использовано для увеличения контрастности внутренней структуры биологических объектов при построении оптического изображения методами лазерной томографии. Способ заключается в введении в состав объектов химических соединений, поглощающих излучение используемых лазеров, которые выбирают из веществ, обладающих тропностью к патологически измененным биологическим органам и тканям. Предлагаемое изобретение может обеспечить диагностику онкологических заболеваний практически безопасным, неинвазивным методом лазерной оптической томографии за счет увеличения отношения сигнал/шум при построении оптического изображения патологически измененных органов и тканей.

1 Способ определения онкологических заболеваний путем лазерной томографии внутренних структур биологических объектов при введении в них химического вещества, поглощающего излучение лазера, отличающийся тем, что в качестве химического вещества берут тетракарбоксидифталоцианин празеодима.