ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ АНАЛИЗАТОР ИЗОБРАЖЕНИЙ Российский патент 2000 года по МПК A61B5/00 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при разработке приборов для диагностики некоторых генетических заболеваний, а также для фундаментальных исследований, а именно для изучения фрагментов ДНК методом гибридизации.

Известен люминесцентный микровидеоанализатор фрагментов ДНК, содержащий осветитель, светоделитель, объектив и регистрирующую аппаратуру (Оптический журнал, 1993, N 12, с.21). С помощью этого прибора исследуются участки объекта, расположенные близко друг к другу. Такое расположение ухудшает соотношение сигнал/фон за счет взаимной засветки разных участков, что, естественно, ведет к снижению точности измерений. Кроме того, при близком расположении диапазонов длин волн излучений осветителя и люминофора светоделитель вносит существенные потери энергии.

Известны приборы для исследования собственной люминесценции тканей во время эндоскопического осмотра или во время операции (Лисовский В.А., Щедрунов В.В., Барский И.Я. и др. Люминесцентный анализ в гастроэнтерологии. - Л. , 1984).

Известен целый ряд медицинских эндоскопов, содержащих волоконно-оптический жгут из разделенных друг от друга осветительного и наблюдательного каналов, осветитель, объектив и окуляр (см. , например, авт.св. СССР N 1616597, БИ N 48, 1990).

Известно оптическое устройство, выполненное из световодов в виде кабеля, сгруппированного в три пучка, каждый из которых оптически сопряжен с фотоприемником (заявка PCT N 80/01720).

Известен датчик, у которого входные торцы волоконных световодов соединены в общую поверхность, оптически сопряженную с осветителем, а выходные торцы каждого световода размещены на расстоянии друг от друга в плоскости панно (патент Франции N 2627867, 1989).

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является диагностический щуп, содержащий осветитель, оптически сопряженный со входным торцом осветительного волоконно-оптического жгута, и приемник люминесцентного излучения от освещенного участка ткани живого организма, оптически сопряженный с выходным торцом второго волоконно-оптического жгута (ж. Медицинская техника. - М.: Медицина, 1988, с. 45, рис. 2).

Недостатком этого диагностического шупа является то, что с его помощью можно измерить только интегральную интенсивность люминесцентного излучения от одной площадки ткани без выделения результатов измерения интенсивности от ее отдельных участков, т.к. торцы передающих световодов осветительного волоконно-оптического жгута расположены близко друг к другу, что приводит к взаимной засветке и, в свою очередь, ведет к снижению точности измерений. Другим недостатком данного щупа является то, что он позволяет анализировать только один участок объекта и не позволяет вести параллельный анализ нескольких участков объекта, пространственно разделенных друг от друга.

В основу предлагаемого изобретения положена задача создания такого устройства, которое позволило бы повысить точность регистрации люминесцентого излучения независимо каждого участка исследуемого объекта, пространственно отделенного от других анализируемых участков.

Поставленная задача решена созданием люминесцентного анализатора изображений, содержащего осветитель, приемник люминесцентного излучения и волоконно-оптический жгут с приемопередающей торцевой поверхностью и пучками световодов осветительного и приемного каналов, при этом волоконно- оптический жгут выполнен в виде кабеля из индивидуальных диагностических щупов, каждый из которых содержит пучки световодов осветительного и приемного каналов, причем площадки торцов индивидуальных диагностических щупов пространственно разнесены и сведены в общую приемопередающую поверхность, по конфигурации подобную выходному торцу приемного канала, при этом входные торцы световодов осветительных каналов всех диагностических щупов оптически сопряжены с общим осветителем, а выходные торцы световодов приемных каналов каждого диагностического щупа независимо друг от друга оптически сопряжены с многоэлементным приемником излучения с возможностью независимой регистрации люминесценции каждого изучаемого участка образца.

Целесообразно, чтобы входные торцы осветительных каналов были размещены компактно и образовали общую поверхность, что позволяет уменьшить габариты, повысить компактность осветительного узла и повысить коэффициент использования энергии источника света.

Необходимо, чтобы выходной торец каждого канала диагностического щупа по конфигурации был подобен соответствующему торцу в приемопередающей площадке того же щупа. Эти торцы могут быть выполнены в виде круга, квадрата, треугольника и в виде смеси фигур разной формы.

Для обеспечения стабильности геометрических размеров торцевых поверхностей пространства между объединенными торцами площадок приемопередающей поверхности и между торцами площадок приемных каналов щупов заполнены твердым наполнителем.

Предлагаемый люминесцентный анализатор изображений может быть использован как надежный диагностический прибор для одновременной и независимой регистрации изображений и интенсивностей люминесценции разных участков объекта, пространственно отделенных от других анализируемых участков, с целью специфической диагностики заболеваний, а также для проведения фундаментальных исследований в молекулярной биологии, например для секвенирования молекул ДНК.

Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг. 1 представляет принципиальную схему люминесцентного анализатора, фиг. 2 - оптическую схему практического образца анализатора, фиг. 3 - некоторые варианты размещения торцов щупов в приемопередающей поверхности: а) равномерное распределение квадратов торцов; б) распределение торцов в параллельных рядах; в) торцы смешанной формы.

Люминесцентный анализатор изображений, выполненный согласно изобретению, содержит осветитель 1, многоэлементный приемник 2 люминесцентного излучения и волоконно-оптический жгут 3 с приемопередающей поверхностью 4 и пучками световодов 5 осветительного 6 и приемного 7 каналов. В приемопередающей поверхности 4 размещены пространственно разнесенные площадки 8 торцов световодов отдельных щупов. Количество, форма и взаимное расположение отдельных щупов в общей приемопередающей поверхности соответствует количеству, форме и взаимному расположению анализируемых участков объекта. От каждой площадки 8 часть световодов 5 идет к осветителю 1 и формирует общую торцевую поверхность 9 осветительного канала 6, а другая часть световодов 5 идет к соответствующему чувствительному элементу многоэлементного приемника света с возможностью независимой регистрации люминесценции каждого изучаемого участка образца. Площадки 8 и 10 в соответствующих торцевых поверхностях пространственно разнесены, а промежутки 11 и 12 между ними заполнены твердым наполнителем.

Люминесцентный анализатор изображений работает следующим образом.

Излучение от источника-осветителя 1, сконцентрированное на входном торце 9 пучка световодов 5 осветительного канала 6, передается на приемопередающую поверхность 4 к выходным торцам, расположенным в площадках 8 вместе со входными торцами световодов 5 приемного канала 7. Приемопередающая поверхность 8 находится в непосредственном или оптическом контакте с объектом исследования (20, на фиг. 1 не показан), способным к флуоресценции. Под действием излучения от осветителя 1 на участках объекта возникает люминесцентное свечение, которое попадает на входные торцы световодов 5 приемного канала 7 и по этим световодам проходит к площадкам 10, объединенным в торцевую поверхность. От каждой площадки 10 люминесцентное излучение фиксируется многоэлементным приемником 2. За счет системы обработки сигналов (на иллюстрациях не показана) изображения отдельных участков передаются (в заданной последовательности или одновременно) на регистратор, например на дисплей ЭВМ. Учитывая, что площадки 8 в приемопередающей поверхности 4 пространственно разнесены, люминесцентное излучение участков объекта попадает только на соответствующие площадки 8 и не попадает во входные торцы световодов соседних участков, чем обеспечивается повышение точности регистрации излучения независимо от каждого отдельного участка. Осветитель 1 может быть снабжен дополнительными фильтрами для пропускания только того участка спектра, который возбуждает флуоресценцию красителя, а перед приемником может устанавливаться светофильтр, пропускающий излучение участка объекта, что позволяет оптимизировать режим работы световодов и повысить чувствительность приемника за счет уменьшения фона. В зависимости от задач, решаемых анализатором, площадки 8 в приемопередающей поверхности 4 могут располагаться на различных расстояниях и формироваться в виде различных геометрических фигур, показанных на фиг. 3.

Пример конкретного выполнения люминесцентного анализатора изображений.

Изготовлен образец люминесцентного анализатора изображений, в котором в качестве осветителя 1 применен источник возбуждающего излучения, содержащий ртутную лампу 13 (фиг. 2) ДРШ-250-2, интерференционный теплозащитный светофильтр 14 и возбуждающий светофильтр 15 с полосой пропускания 510-560 нм. В качестве приемника люминесцентного излучения применена ПЗС-камера 16 с матрицей 520 x 580 пикселей, перед которой установлен запирающий интерференционный светофильтр 17 с полосой пропускания 580-630 нм. Волоконно-оптический кабель 3 длиной около 500 мм содержит шестнадцать диагностических щупов, каждый из которых содержит пучки из 50 световодов диаметром 15 мкм с числовой апертурой 0,5.

В соответствии с конфигурацией изучаемых участков объекта торцы указанных выше световодов сгруппированы в приемопередающей поверхности 4 в отдельные площадки 8 (фиг. 1) размером 0,1 мм х 0,1 мм и расстоянием между этими площадками 0,2 мм (11, фиг. 1).

Входные торцы световодов 5 (фиг. 1) осветительных каналов 6 объединены в общую поверхность 9 диаметром около 2 мм. Выходные торцы световодов 5 (фиг. 1) приемных каналов 7 также объединены в общую поверхность 18 диаметром около 3 мм, в которой размещены площадки 10 (фиг. 1) размером 0,07 х 0,07 мм и расстоянием 0,07 мм.

Эти площадки каждого диагностического щупа по конфигурации выполнены в виде квадрата, подобного квадрату в приемопередающей поверхности 4. Площадки 10 отображаются в масштабе 1:1 в плоскости многоэлементного приемника света - ПЗС-камеры 16. Для упрощения схемы и уменьшения массогабаритных характеристик прибора в качестве фокусирующих систем применены сферические зеркала 19 диаметром 130 мм и радиусом кривизны 150 мм.

Люминесцентный анализатор изображений прошел экспериментальную проверку. Были получены изображения отдельных участков изучаемых объектов и зарегистрированы интенсивности флуоресценции красителя родамина, окрашивающего объекты исследования.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при разработке приборов для диагностики некоторых генетических заболеваний, а также для фундаментальных исследований, а именно для изучения фрагментов ДНК методом гибридизации. Люминесцентный анализатор изображений содержит осветитель, приемник люминесцентного излучения и волоконно-оптический жгут с приемопередающей торцевой поверхностью и пучками световодов осветительного и приемного каналов. Волоконно-оптический жгут выполнен в виде кабеля из индивидуальных диагностических щупов, каждый из которых содержит пучки световодов осветительного и приемного каналов. Площадки торцов индивидуальных диагностических щупов пространственно разнесены и сведены в общую приемопередающую поверхность, подобную выходному торцу приемного канала. Входные торцы световодов осветительных каналов всех диагностических щупов оптически сопряжены с общим осветителем, а выходные торцы световодов приемных каналов каждого диагностического щупа независимо друг от друга оптически сопряжены с многоэлементным приемником излучения с возможностью независимой регистрации излучения отдельно от каждого изучаемого участка образца. Техническим результатом изобретения является повышение точности при одновременной регистрации люминесцентного излучения каждого участка исследуемого объекта. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Люминесцентный анализатор изображений, содержащий осветитель, приемных люминесцентного излучения и волоконно-оптический жгут с приемопередающей торцевой поверхностью и пучками световодов осветительного и приемного каналов, отличающийся тем, что волоконно-оптический жгут выполнен в виде кабеля из индивидуальных диагностических щупов, каждый из которых содержит пучки световодов осветительного и приемного каналов, при этом площадки торцов индивидуальных диагностических щупов пространственно разнесены и сведены в общую приемопередающую поверхность, по конфигурации подобную выходному торцу приемного канала, при этом входные торцы световодов осветительных каналов всех диагностических щупов оптически сопряжены с общим осветителем, а выходные торцы световодов приемных каналов каждого диагностического щупа независимо друг от друга оптически сопряжены с многоэлементным приемником излучения с возможностью независимой регистрации излучения отдельно от каждого излучаемого участка образца. 2. Люминесцентный анализатор изображений по п.1, отличающийся тем, что входные торцы световодов объединенных осветительных каналов образуют общую поверхность. 3. Люминесцентный анализатор изображений по п.1, отличающийся тем, что выходной торец приемного канала диагностического щупа по конфигурации подобен объединенной площадке того же щупа. 4. Люминесцентный анализатор изображений по п.1, отличающийся тем, что пространство между объединенными площадками торцов приемопередающей поверхности и между торцами площадок приемных каналов щупов заполнены твердым наполнителем.