СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ЗАБОЛЕВАНИЙ В ОНКОЛОГИИ Российский патент 1998 года по МПК G01N33/48 A61B10/00 

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано при диагностике онкологических заболеваний.

Известен способ диагностики онкологических новообразований, основанный на облучении подозреваемого участка ультрафиолетовым облучением и анализе вторичного люминесцентного излучения пораженных тканей в видимом участке видимого спектра [1].

Наиболее близким к изобретению является способ диагностики заболеваний в онкологии, включающий ультрафиолетовое воздействие на орган с известной патологией и на исследуемый орган и регистрацию путем визуального наблюдения или фотографирования вторичного люминесцентного излучения от этих органов, а вид патологии определяют путем визуального сопоставления результатов регистрации вторичного люминесцентного излучения от органов с известной патологией и исследуемого [2].

Недостатком этого способа являются:
субъективность результатов диагностики, т.к. они являются зависимыми от уровня квалификации лица, осуществляющего диагностику;
недостаточная достоверность диагностики из-за существенной зависимости спектрального (цветового) образца обследуемого участка от плотности потока мощности ультрафиолетового излучения на поверхности наблюдаемого органа. Спектральный (цветовой) образ при одной и той же мощности источника ультрафиолетового излучения будет изменяться в зависимости от расстояния между концом световода и поверхностью наблюдаемого участка. Различие в цветовом выражении вследствие разной яркости цветовых тонов вторичного излучения обследуемого участка будет приводить к ошибочной диагностике.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в разработке способа диагностики заболеваний в онкологии, обладающего более высокими характеристиками.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении объективности диагностики и повышении достоверности результатов диагностики.

Этот результат достигается тем, что способ диагностики заболеваний в онкологии, включающий воздействие ультрафиолетового излучения заданной мощности на органы с известной патологией и на исследуемый орган, последующий анализ спектров вторичного люминесцентного излучения освещенных ультрафиолетовым излучением тканей, отличается тем, что предварительно измеряют совокупности значений уровней спектральных составляющих вторичного люминесцентного излучения от образцов тканей с известной патологией, нормируют полученные отсчеты спектральных составляющих мощности вторичного люминесцентного излучения по отношению к максимальному уровню, совокупности полученных относительных значений уровней спектральных составляющих по каждому виду патологии и норме являются диагностическими критериями, при каждом обследовании подозреваемых участков с неизвестной патологией аналогично измеряют совокупность уровней спектральных составляющих вторичного люминесцентного излучения от подозреваемого участка, нормируют полученные отсчеты спектральных составляющих мощности вторичного люминесцентного излучения по отношению к максимальному уровню, полученную совокупность относительных значений уровней спектральных составляющих в качестве спектрального образа обследуемого участка поочередно сопоставляют с предварительно полученными диагностическими критериями нормы и характерных видов патологии, находят наибольшее приближение к одному из диагностический критериев, которое и определяет вид патологии обследуемого участка.

Сущность способа состоит в следующем. В основу способа положено известное свойство возникновения вторичного люминесцентного излучения при воздействии на обследуемый участок ультрафиолетовым излучением.

При этом в материале клеток ткани возникает вторичное люминесцентное излучение, охватывающее область желто-зеленого участка видимого спектра и более длинноволновую область. Возникшее свечение неоднородно по своей интенсивности, а распределение его интенсивности по спектру (спектральный образ) зависит от состава и состояния облучаемых клеток. Это распределение (спектральный образ) будет различным у клеток здоровых тканей, а также у клеток тканей с различными отклонениями, обусловленными разной патологией. У клеток очагов язвенной болезни, полипов и очагов раковых новообразований распределение интенсивности вторичного люминесцентного излучения (спектральный образ) отличается по спектру.

Так, например, при люминесцентных исследованиях желудка у практически здоровых лиц спектральный образ нормальных тканей характеризуется слабо-желтым свечением с зеленоватым оттенком, у больных с доброкачественными изъязвлениями спектральный образ изъязвленных участков содержит вторичное излучение ярко-желтого цвета, у больных со злокачественной язвой - темно-зеленое в очаге и ярко-желтое на краях язвы, а у больных раком желудка спектральный образ представляет увеличение ярко-желтой люминесценции с зеленоватым оттенком [2, с. 43-50].

Для выделения этой информации и формирования сопоставимых спектральных образов, спектр желто-зеленой области, где наблюдается вторичные излучение, разделяют на более узкие спектральные участки. Каждый из этих участков характеризуется некоторой полосой пропускания Δλ_i(Δλ_i= λ_imax-λ_imin) и характеризуется средним значением длины волны λ_i. На этих частотах первоначально осуществляется измерение абсолютного значения интенсивности вторичного излучения. Однако измеренное значение уровня мощности спектральной составляющей будет зависеть не только от вида патологии обследуемого участка, но и от мощности ультрафиолетового излучения, чувствительности фотометрических датчиков, используемых для измерения вторичного излучения, расстояния от входа фотометрического канала до обследуемой поверхности, расстояния между концом канала подачи ультрафиолетового облучения и обследуемой поверхности и интервала времени, прошедшего с момента ультрафиолетового облучения до момента измерения вторичного излучения. Суммарное воздействие этих факторов приводит к тому, что при каждом последующем обследовании абсолютное значение уровня мощности измеряемого вторичного излучения в одних и тех же участках спектра для одного и того же обследуемого участка обследуемого органа будут отличаться друг от друга. Данное изменение уровней мощности спектральных составляющих носит случайный характер и затрудняет непосредственное использование результатов измерений врачом, осуществляющим диагностику.

Для исключения случайного влияния на результаты диагностики после измерения абсолютных значений уровней мощности спектральных составляющих P(λ_i) определяют максимальный уровень P_max(λ_i) мощности среди совокупности всех составляющих P(λ_i) по спектру измерений (λ₁,..., λ_i,..., λ_n), определяют относительное значение мощности вторичного излучения спектральных составляющих P_отн(λ_i) путем нормирования абсолютных значений всех спектральных составляющих P(λ_i) по отношению к максимально измеренному значению P_max(λ_i).
Совокупности относительных значений спектральных составляющих представляют устойчивый спектральный образ обследуемого участка, который зависит только от физиологического состояния тканей обследуемого участка. Эти спектральные образы и используются при диагностике.

На фиг. 1 приведен график, характеризующий результаты измерения абсолютных значений спектральных составляющих P(λ_i) уровней вторичного излучения во всех участках наблюдаемого диапазона и показан характер случайного изменения результатов измерения в зависимости от указанных факторов.

На фиг. 2 приведены графики, показывающие наиболее характерные распределения измеренных значений спектральной мощности вторичного излучения. Цифрами обозначены: 1 - норма, 2 - язва, 3 - полипы, 4 - рак, 5 - результаты измерений исследуемого органа.

На фиг. 3 приведены спектральные образцы (диагностические критерии) для тех же видов патологии, которые представляют собой совокупности относительных значений мощности вторичного излучения исследуемого органа для характерных видов патологии и для нормы.

Последовательность действий способа состоит в следующем.

Перед началом применения способа по назначению производится определение диагностических критериев (характерных спектральных образов для каждого состояния тканей обследуемого органа). Для этого в качестве диагностических образцов используются ткани с установленной патологией, принадлежащие органам различного вида и имеющие различную степень поражения (различные виды патологии), причем вид патологии подтвержден гистологическими исследованиями. Эти ткани облучаются ультрафиолетовым излучением. На длительность и мощность облучения накладывается лишь одно ограничение - они не должны превышать предельно допустимые значения, установленные нормативными документами.

Авторами в своей практике использован источник ультрафиолетового излучения с мощностью на выходе 10^-3...2•10^-3 Вт. Продолжительность облучения в зависимости от мощности составляла 3...10 мин.

Для каждого исследуемого вида патологии в качестве диагностических спектральных образцов берется совокупность отсчетов амплитуд спектральных составляющих на всех частотах λ_i. Авторами при практической реализации способа использовался четырехканальный спектроанализатор, желто-зеленый участок спектра делился на четыре полосы пропускания: Δλ₁=400...450 нм, Δλ₂=460...550 нм, Δλ₃=550. . .600 нм, Δλ₄=600...650 нм. Им соответствуют средние значения длин волн: λ₁=425 нм, λ₂=500 нм, λ₃=575 нм, λ₄=625 нм.

Полученные результаты измерений сводятся в таблицу для каждого вида патологии или представляются в виде графиков. На фиг. 2 результаты измерений представлены в графической форме для четырех исследуемых случаев: норма, язва, полип, рак.

При измерении вторичного излучения на чувствительность используемых фотометрических датчиков (измерительных преобразователей) накладывается лишь одно ограничение - она должна быть достаточной для регистрации вторичного люминесцентного излучения. Авторами использовались первичные фотометрические преобразователи с чувствительностью 10^-4...10^-3 Вт.

Как было показано выше, результаты измерений имеют случайную составляющую, приводящую к их нестабильности. Для исключения этого недостатка для каждого вида патологии определяют максимальное значение измеренной мощности и на это значение делятся все отсчеты. Тем самым осуществляется нормирование результатов измерений уровней мощности - спектральных составляющих по отношению к максимальному уровню. Нормированные значения результатов измерений совокупности спектральных составляющих и представляют диагностические критерии (диагностический спектральный образ) для данного вида патологии. Они также могут быть представлены в виде таблицы или графика. На фиг. 3 они представлены в виде графиков для тех же видов патологии.

Полученные таким образом диагностические критерии (диагностические спектральные образы) для всех образцов биологических тканей соответствуют характерным состоянием, включая норму, язвенные заболевания, полипы и раковые новообразования.

Они определяются только один раз, а в дальнейшем могут использоваться многократно как критерии для сравнения со спектральными образами от обследуемых участков с неизвестным состоянием.

Последующее применение способа заключается в получении от обследуемого участка органа вторичного люминесцентного излучения, измерении совокупности уровней спектральных составляющих этого излучения и нормировании результатов измерений относительно максимального (получение спектрального образца исследуемого участка). Нормированные результаты измерений уровней мощности спектральных составляющих вторичного излучения во всем диапазоне и являются устойчивой объективной оценкой состояния тканей подозреваемого участка исследуемого органа. Они также могут быть представлены в табличном, графическом или ином виде. На фиг. 2 и 3 показано, как спектральные образы (совокупности измеренных значений спектральных составляющих мощности вторичного излучения) могут быть сопоставлены с диагностическими критериями (диагностическими спектральными образцами).

В основе диагностики лежит нахождение близкого диагностического образца по отношению к измеренному спектральному образцу исследуемого органа.

Эта сопоставительная оценка может быть произведена визуально. Но это не исключает субъективности результатов оценки, особенно в случаях, когда визуальное отождествление с одним из диагностических критериев затруднено. Этот случай и приведен на фиг. 3.

Поэтому для повышения достоверности оценки и исключения ее субъективности применяется один из известных методов принятия решения по результатам сравнения выборок: максимального правдоподобия, наименьших квадратов, экспертных оценок, корреляционного или дисперсионного анализа и т.п. Это обеспечивает возможность автоматизации диагностики онкологических заболеваний рассматриваемым способом.

Для примера на фиг. 3, используя метод наименьших квадратов, сформулируем решающее правило в виде

где
R_j - сумма квадратов отклонений j-го диагностического критерия от уровня мощности спектральных составляющих исследуемого органа;
n - число частотных участков (поддиапазонов);
j - вид состояния, которому соответствует диагностический критерий (1 - норма, 2 - язва, 3 - полип, 4 - рак);
P_отнj(λ_i) - значение, j-го диагностического критерия на i-й частоте;
P_отн(λ_i) - значение уровня мощности вторичного излучения исследуемого органа на i-й частоте;
Решение о виде состояния выбирается по минимальному значению R_j.

В условиях рассматриваемого примера R₁ = 3,370; R₂ = 2,206; R₃ = 0,966; R₄ = 0,361.

В соответствии с полученными результатами делается вывод, что у исследуемого органа раковые новообразования.

Таким образом из материалов заявки видно, что технический результат при использовании способа достигается.

Источники информации
1. Заявка Японии N 63-23776, кл. A 61 B 5/00.

2. Сорокин И. С. Значение люминесцентной эндоскопии в дифференциальной диагностике изъявлений желудка. - Дисс. на соискание ученой степени канд. мед.наук. - М., 1984, с. 38-39.

Изобретение может быть использовано в медицине, в частности в онкологии. На органы с известной патологией и исследуемый орган воздействуют ультрафиолетовым излучением заданной мощности, анализируют спектры вторичного люминесцентного излучения. Предварительно измеряют совокупности значений уровней спектральных составляющих мощности вторичного люминесцентного излучения от образцов тканей с известной патологией, нормируют полученные отсчеты, определяют совокупности полученных относительных значений уровней спектральных составляющих по каждому виду патологии и норме в виде диагностических критериев. Аналогично измеряют совокупность уровней подозреваемого участка. Полученные отсчеты нормируют, а совокупность относительных значений сопостовляют с предварительно полученными диагностическими критериями нормы и характерных видов патологии. Находят наибольшее приближение к одному из диагностических критериев, которое и определяет вид патологии обследуемого участка. При этом повышается объективность диагностики и достоверность ее результатов. 3 ил.

Способ диагностики заболеваний в онкологии, включающий воздействие ультрафиолетового излучения заданной мощности на органы с известной патологией и на исследуемый орган, последующий анализ спектров вторичного люминесцентного излучения освещенных ультрафиолетовым излучением тканей, отличающийся тем, что предварительно измеряют совокупности значений уровней спектральных составляющих вторичного люминесцентного излучения от образцов тканей с известной патологией, нормируют полученные отсчеты спектральных составляющих мощности вторичного люминесцентного излучения по отношению к максимальному уровню, определяют совокупности полученных относительных значений уровней спектральных составляющих по каждому виду патологии и норме в виде диагностических критериев, при каждом обследовании подозреваемых участков органов с неизвестной патологией аналогично измеряют совокупность уровней спектральных составляющих вторичного люминесцентного излучения от подозреваемого участка, нормируют полученные отсчеты спектральных составляющих мощности вторичного люминесцентного излучения по отношению к максимальному уровню, полученную совокупность относительных значений уровней спектральных составляющих в качестве спектрального образа обследуемого участка поочередно сопоставляют с предварительно полученными диагностическими критериями нормы и характерных видов патологии, находят наибольшее приближение к одному из диагностических критериев, которое и определяет вид патологии обследуемого участка.