СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЪЕМНОЙ ТОМОГРАФИИ Российский патент 2003 года по МПК A61B5/01 

Изобретение относится к медицине и предназначено для проведения процедуры диагностирования различных органов человеческого тела на предмет наличия или отсутствия доброкачественных или злокачественных новообразований или других патологий в любой стадии их развития, а также наблюдения и документирования динамики развития этих патологий.

Известны способы и устройства для наблюдения внутри организма пациента патологий различного типа, основанные на использовании рентгеновского, ультразвукового, а также тепловизионного и термоконтактного методов контроля /1-5/. Однако указанные методы имеют ряд существенных недостатков: рентгеновский метод связан с вредным влиянием облучения и хотя с его помощью можно фиксировать наличие новообразований в виде уплотнений для различения злокачественного новообразования от доброкачественного, требуется дополнительно использовать биопсию ткани, ультразвук имеет те же недостатки, тепловизионное наблюдение дает возможность различать характер новообразований лишь при условии близкого расположения их к поверхности кожного покрова и при достаточном их развитии, что не дает возможности уверенного раннего распознавания, термоконтактный способ, описанный в /5/, обуславливает температурную погрешность, связанную с недостаточной точностью определения значения температуры кожи пациента, а следовательно, и сниженную вероятность ранней диагностики.

Целью предполагаемого изобретения является повышение информативности ранней диагностики пациента, упрощение и ускорение процедуры наблюдения за нормой или патологиями внутренних органов его тела, исключающей какое-либо вредное воздействие на указанные органы, повышение диагностической ценности диагноза путем увеличения вероятности установления раннего диагноза.

Наиболее близким к предлагаемому способу и устройству является способ и устройство для клинического состояния пациента /6/, в основе которого используются данные о температуре, получаемые измерениями накожной температуры в сети точек, координированных на теле пациента. Способ основан на оперативном измерении температуры, оцениваемой с помощью производной в начале ее измерения. Устройство реализует этот принцип с помощью введения в измерительный канал двух последовательно во времени работающих компараторов уровня измеряемого температурного сигнала и логической системы, обрабатывающей квантованные промежутки времени между сигналами компараторов для построения производной сигнала в точке, соответствующей началу измерения и вычисления по указанной производной асимптотического значения накожной температуры в данной точке.

Однако принципиальная невозможность точного определения начала измерения из-за неопределенности в начальном уровне сигнала, обусловленном как темпом касания (случайный фактор), так и электронным шумом, существенным для оценки момента времени при отработке сигнала первого компаратора, срабатывающего при предельно малой амплитуде сигнала, является фактором, увеличивающим погрешность измерения. Другим существенным фактором является искажение правдоподобия измерений, обусловленным предположением соответствия величины указанной производной и асимптотического значения измеряемой температуры. Это искажение обусловлено тем, что величина производной зависит не только от асимптотического значения температуры, но и от теплофизических параметров, контактирующих объектов, кожи пациента и датчика в щупе прибора. Ошибочное касание датчиком трафарета, формирующего сеть точек, где производится накожное измерение температуры, трактуется здесь как соответствующее измерение, что в дальнейшем приводит к искажению результатов измерения, полученных в соседствующих точках сети.

Другим существенным недостатком прототипа является то, что в нем не определен режим мониторинга температуры датчика щупа при каждом последующем измерении, из-за чего сами измерения становятся в значительной степени зависящими от собственной температуры пациента и температуры окружающей среды, а следовательно, возникает существенное искажение результатов диагностирования и резко снижается оперативность способа.

С целью избежания указанных недостатков, повышения точности исследования и увеличения оперативности в предлагаемом способе учитывается специфичность накожных измерений путем использования предварительно полученных данных о теплофизических параметрах кожи живого человека и применяются новые процедуры обработки каждого отдельного измерения в реальном режиме времени, а также вводится температурный мониторинг датчика прибора при проведении обследования. Для универсализации предлагаемого способа и устройства в нем используется ряд эластичных трафаретов для обследования всех частей тела человека.

Сущность предлагаемого способа заключается в использовании при диагностировании нескольких последовательных этапов: подготовки пациента к обследованию, обследовании пациента, обработки результатов обследования и выдачи диагноза.

Этап подготовки пациента к обследованию традиционен и включает в себя процедуру очищения поверхности кожи слабым спиртовым раствором, а затем выдержки для нормализации поверхностной температуры.

Обследование пациента проводится в той части тела, где это необходимо по предварительному заключению врача, либо тела целиком, с помощью одетой на пациента эластичной маски с отверстиями, обеспечивающими проведение обследования в точках с заданной последовательностью и точно повторяющих эту последовательность и место на теле пациента при последующем (последующих) обследованиях. В процедуре обследования имеется также ряд последовательных действий, часть которых повторяется. Эта процедура начинается с температурного базирования датчика прибора, которое зависит от температуры окружающей среды (для этого в устройстве используется "горячий" термостат) и продолжается уже после этого повторяющимся циклом измерения температуры в заданной очередной точке, после чего следует подготовка датчика прибора к последующему измерению его базированием при уменьшенной температуре относительно температуры окружающей среды с помощью "холодного" термостата.

Этап обработки результатов измерения состоит из последовательных процедур: ввода результатов обследования в компьютер, их обработки для представления на экране монитора компьютера в виде температурного состояния внутренних органов данной части тела при текущем обследовании, выдачу результата мониторинга состояния этих органов путем сравнения текущего обследования с результатом предыдущего обследования, или выдачи диагноза путем сравнения текущего обследования последовательно со стандартами здорового человека и со стандартом ближайшей по структуре нозологии, выбираемой компьютером из числа ряда ранее введенных в его память.

Повышение точности датчика осуществляется путем регистрации электронной системой последовательности ряда показаний датчика после его прикосновения к коже. Эти показания обрабатываются статистически для восстановления асимптотического значения, которое соответствовало бы значению, полученному в стационарном режиме измерения. Для реализации такого метода измерения учитывают теплофизические параметры кожи живого человека путем предварительного исследования кривой изменения значения показания датчика при его нагреве от кожи пациента от времени и устанавливают аналитическую форму этой зависимости, имеющей вид

где Т_дб - температура датчика базовая; Т - температура кожи; ρ,с - плотность и теплоемкость (индексы к и д относятся соответственно, к коже и датчику); К - теплопроводность; t - время. Данные о конкретной форме этой кривой вводят в память компьютера в виде алгоритма обработки последовательности сигналов датчика. Количество измерений составляет порядка нескольких сотен при высокой частоте измерений, что определяет высокую точность измерений с учетом статистической обработки при аппроксимации этими данными экспериментальной указанной аналитической кривой по форме, по которой устанавливается соответственное асимптотическое значение температуры. Время, необходимое для цикла счетных измерений, составляет порядка миллисекунд и с учетом времени, необходимого для "холодного" базирования датчика, полное время цикла одного измерения составляет порядка 3 с. Таким образом, измерение каждой точки на поверхности кожи получают с точностью, недостижимой для известных методов наблюдения и с малым временем (порядка 3 с). Это дает возможность весь цикл обследования для наиболее массивного из органов тела - торса человека, проводимой для 140 точек проводить за время порядка 15 мин (не включая развертывание установки и подготовку пациента). Полученные с помощью температурного датчика данные фиксируются в памяти головки прибора и затем передаются в компьютер для их последующей обработки - формирования на экране монитора температурного изображения исследуемых органов с патологическими очагами (если они имеются) и их объемными пространственными координатами, и температурой, позволяющей судить об их доброкачественности или злокачественности. Эти данные позволяют и принять соответствующие выводы для постановки диагноза врачом - оператором.

Мониторинг состояния пациента заключается в сравнении карт текущего и предыдущего исследований - разница в картах представляет собой изменение в состоянии патологической зоны, если она выявлена в результате какого-либо исследования.

Компьютерная постановка диагноза основана на получении типичных карт здорового человека и карт с типичными нозологиями для каждого из органов человеческого тела и сравнении этих карт с текущим изображением.

Устройство для объемного теплового томографирования иллюстрируется на фиг.1 и 2.

Цифрами на фиг.1 обозначены: 1 - отверстия в эластичной маске, 2 - сама маска, 3 - датчик прибора, 4 - пациент.

На фиг. 2 приведена структурная схема фиксации установок температурных калибров при обследовании прибором: цифрами и буквами обозначены: 1 - "горячий" термостат, 2 - "холодный" термостат, 3 - датчик температуры окружающей среды, 4 - нагреватель, 5 - элемент Пельтье, 6 - система терморегулирования, 7 - контроллер работы термостатов, 8 - компьютер.

Устройство для объемной тепловой томографии работает следующим образом. Устройство включают в рабочий режим, при котором за время до 15 мин устанавливается рабочая температура "горячего" и "холодного" термостатов таким образом, что "горячий" термостат 1 приобретает температуру на 2 градуса выше температуры окружающей среды, а "холодный" 2 на 2 градуса ниже. Это достигается тем, что с помощью датчика 3 измеряют температуру окружающей среды и с помощью контроллера 7 управляют температурой термостатов 1 и 2, задающими указанные выше температурные сдвиги на наружных контактных поверхностях. Для эффективной работы "холодного" термостата в нем используется элемент Пельтье 5.

После подготовки пациента и соответствующей его выдержки на него одевают подобранную по размеру исследуемой части тела эластичную маску. Пациент исследуется в соответствующем в инструкции положении. В соответствии с номерами отверстий, обозначенными на маске, проводят измерения температуры через отверстия в маске в необходимом порядке. Первое измерение производят после приложения датчика к поверхности "горячего" термостата, после чего датчик прикладывают к коже пациента через первое отверстие, после отработки измерения температуры кожи в этой точке датчиком прикасаются к поверхности "холодного" термостата для сброса полученного в результате измерения тепла, а затем проводят измерение в точке 2, и так далее до конца, т.е. до последней точки, указанной на эластичной маске. По окончании измерений головку прибора подключают к компьютеру 8, сбрасывают в него полученную и запомненную информацию и в соответствии с программой обработки данных получают на мониторе цветную картину о состоянии внутренних органов. При этом красным цветом с его оттенками отображают повышенную относительно средней температуру органов, синим - пониженную. Для документирования информация в виде изображения на экране монитора с соответствующим диагнозом может быть распечатана.

Введение "горячего" термостата дает возможность избежать возможности влияния на срабатывание датчика прибора окружающего воздуха, а наличие "холодного" термостата обеспечивает эффективный отвод тепла от датчика при любой температуре окружающей среды, тем самым обеспечивая повышение быстродействия метода.

Источники информации
1. Габуния Р.И. Колесникова Е.К. Компьютерная томография в клинической диагностике. М., Медицина, 1995, 351 с.

2. Биссет Р. , Хан А. Дифференциальный диагноз при абдоминальном ультразвуковом исследовании. Витебск, Белмедкнига, 1997, 253 с.

3. Зеновко Г. И. Термография в хирургии. М., Медицина, 1998 г., 167 с.

4. Гершанович М.Л., Кондратьев В. Б. Современное состояние термографических исследований в онкологии и перспективы их развития. В сб. "Тепловидение в медицине", Л-д, 1972, с. 107-114.

5. Клюкин Л. М. "Способ и устройство для диагностирования клинического состояния пациента". Патент России 2145483 от 20.02.2000 г.

6. Кулаков М.В., Макаров Б.И. Измерение температуры поверхности твердых тел. М., Энергия, 1969, 142 с.

Изобретения относятся к медицине и предназначены для проведения процедуры диагностирования различных органов человеческого тела на наличие или отсутствие доброкачественных или злокачественных новообразований или других патологий в любой стадии их развития, а также наблюдения и документирования динамики развития этих патологий. Способ реализуется путем наблюдения за температурным полем соответствующей поверхности тела человека. Предварительно устанавливают форму кривой изменения значения показания датчика при его нагреве от кожи пациента во времени. После контакта датчика с кожей пациента оценивают показания датчика. Статистически обрабатывают полученные значения, соотнося с формой кривой изменения значения показания датчика. Устанавливают асимптотическое значение температуры кожи пациента в данном цикле измерения, на основании чего производится визуализация и оценка внутренних органов тела человека. Устройство содержит контактный датчик температуры с блоком памяти, соединенный каналом передачи данных с компьютером, и термостаты, имеющие температуру соответственно выше окружающей среды и ниже окружающей среды. Изобретение позволяет реализовать высокоинформативную процедуру исследования при исключении какого-либо вредного воздействия на организм пациента и повысить достоверность диагноза. 2 с. и 4 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ диагностики внутренних органов пациента, заключающийся в том, что измеряют температуру поверхности тела человека контактным методом в точках, координированных эластичными масками, измерения температуры проводят в динамическом режиме, фиксируют результаты в памяти компьютера и обрабатывают результаты текущего обследования для представления температурных карт внутренних органов на экране монитора, а состояние внутренних органов диагностируют по их температуре, отличающийся тем, что предварительно устанавливают форму кривой изменения значения показания датчика при его нагреве от кожи пациента во времени, после контакта датчика с кожей пациента оценивают показания датчика, статистически обрабатывают полученные значения, соотнося с формой кривой изменения значения показания датчика, и устанавливают асимптотическое значение температуры кожи пациента в данном цикле измерения. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что проводят мониторинг состояния здоровья пациента, заключающийся в том, что из полученной при очередном обследовании температурной карты, описывающей текущее внутреннее температурное состояние органов пациента, вычитают карту, полученную для той же части тела в предыдущем исследовании, а о развитии патологии судят по динамике изменений карты. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что диагноз состояния здоровья пациента устанавливают путем вычитания из карты текущего обследования карты, описывающей среднестатистическое состояние здорового человека. 4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что диагноз состояния здоровья пациента устанавливают путем последовательного сравнения карты, описывающей отличие состояния здоровья пациента от состояния здорового человека, с картами, полученными как статистически значимыми для форм карт различных нозологий. 5. Устройство для диагностики пациента, содержащее контактный датчик температуры с блоком памяти, соединенный каналом передачи данных с компьютером, причем компьютер содержит устройство для реализации алгоритма обработки данных, имеющихся в памяти датчика, а в памяти на жестком диске данные о температурных картинах внутренних органов для здорового человека и для форм с различной нозологией, отличающееся тем, что устройство содержит термостаты, имеющие температуру соответственно выше и ниже окружающей среды, выполненные с возможностью приложения контактного датчика температуры к их поверхностям, датчик температуры окружающей среды, связанный с контроллером, управляющим температурой термостатов. 6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что оно снабжено набором алгоритмов обработки данных, выполненным в виде дискет.