(57) Реферат / Формула:
Изобретение относится к биомедицинской оптике и касается проблемы ранней идентификации опухолей, а также их экспрессной диагностики во время хирургического вмешательства. Целью изобретения является повышение точности идентификации опухолевых тканей путем обеспечения возможности измерения мгновенных спектров испускания, входящих в ткани эндогенных хромофоров. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу идентификации опухолевых тканей длительность импульса возбуждения выбирают меньше времени жизни возбужденного состояния эндогенных хромофоров тканей, регистрируют мгновенные спектры аутофлуоресценции пробы через ряд временных интервалов и по характеру их изменения во времени идентифицируют опухоль. Внедрение данного способа в медицинскую практику позволит значительно сократить временные и экономические затраты на патолого-анатомическую диагностику опухолей. Использование способа для диагностики и локализации раковых опухолей непосредственно во время хирургических операций позволит в ряде случаев отказаться от повторного оперативного вмешательства и увеличит вероятность положительной динамики процесса лечения.
Евразийское (21) 201200331 (13) A1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки (51) Int. Cl. G01N21/64 (2006.01)
2013.08.30 G01N 21/17 (2006.01)
(22) Дата подачи заявки
2012.02.01
(54) СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ ОПУХОЛЕВЫХ ТКАНЕЙ
(96) 2012/EA/0009 (BY) 2012.02.01
(71) Заявитель: ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ИМЕНИ Б.И. СТЕПАНОВА НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ
НАУК БЕЛАРУСИ" (BY)
(72) Изобретатель:
Немкович Николай Алексеевич, Собчук Андрей Николаевич (BY)
(57) Изобретение относится к биомедицинской оптике и касается проблемы ранней идентификации опухолей, а также их экспрессной диагностики во время хирургического вмешательства. Целью изобретения является повышение точности идентификации опухолевых тканей путем обеспечения возможности измерения мгновенных спектров испускания, входящих в ткани эндогенных хромофоров. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу идентификации опухолевых тканей длительность импульса возбуждения выбирают меньше времени жизни возбужденного состояния эндогенных хромофоров тканей, регистрируют мгновенные спектры аутофлуоресценции пробы через ряд временных интервалов и по характеру их изменения во времени идентифицируют опухоль. Внедрение данного способа в медицинскую практику позволит значительно сократить временные и экономические затраты на патолого-анато-мическую диагностику опухолей. Использование способа для диагностики и локализации раковых опухолей непосредственно во время хирургических операций позволит в ряде случаев отказаться от повторного оперативного вмешательства и увеличит вероятность положительной динамики процесса лечения.
МПК G01N 21/64
Изобретение относится к биомедицинской оптике и касается проблемы ранней идентификации опухолей, а также их экспрессной диагностики во время хирургического вмешательства.
В последнее время большое количество работ посвящено поиску экспрессных методов диагностики опухолевых тканей. Наиболее перспективным направлением в решении этой задачи в настоящий момент считается использование оптических методов. Известно, что в тканях человека присутствуют биомолекулы, которые хорошо флуоресцируют (аутофлуоресценция) в ультрафиолетовой, видимой и ближней ИК областях спектра. Характеристики аутофлуоресценции эндогенных хромофоров тканей зависят от концентрации ионов, их распределения в тканях, свойств микроокружения и других факторов. Возникновение патологического процесса затрагивает гистологические и гистохимические особенности тканей, и поэтому приводит к изменениям в параметрах аутофлуоресценции.
Известен способ идентификации опухолевых тканей, основанный на возбуждении их свечения и измерении длительности затухания аутофлуоресценции [1]. Однако, точность идентификации опухолевых тканей при использовании данного способа не высокая. Это обусловлено тем, что все типы тканей имеют не экспоненциальное затухание аутофлуоресценции, что затрудняет анализ количества их компонент. Кроме того, технически сложно измерить отличие длительности затухания аутофлуоресценции здоровых и опухолевых тканей, если оно составляет менее 10 %, или если длительность затухания аутофлуоресценции много короче 1 не.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ идентификации опухолевых тканей, основанный на возбуждении свечения и регистрации стационарного спектра аутофлуоресценции, по форме и положению максимума которого можно идентифицировать тип опухоли [2].
Известный способ имеет низкую точность идентификации, обусловленную невозможностью ранней идентификации опухолей, а также искажением спектра аутофлуоресценции из-за поглощения гемоглобина, который содержится в крови.
Целью изобретения является повышение точности идентификации опухолевых тканей путем обеспечения возможности измерения мгновенных спектров испускания входящих в ткани эндогенных хромофоров.
Поставленная цель достигается тем, что, согласно способу идентификации опухолевых тканей, длительность импульса возбуждения выбирают меньше времени жизни возбужденного состояния эндогенных хромофоров тканей, регистрируют мгновенные спектры аутофлуоресценции пробы через ряд временных интервалов и по характеру их изменения во времени идентифицируют опухоль.
Сущность способа заключается в следующем.
Пусть имеется два типа опухолей А и В с примерно одинаковыми стационарными спектрами испускания, по которым невозможно определить, здоровая это ткань или больная. Оба типа опухолей имеют индивидуальные времена жизни возбужденного состояния. Предположим, что мы регистрируем аутофлуоресценцию опухолей на синем (или красном) склоне спектра. Тогда закон затухания аутофлуоресценции описывается следующим образом:
IA(t) = IAo ехр(4/тд) для опухоли А;
1в(0 = 1Во ехр(Ч/тв) для опухоли В,
где Тдв - времена затухания аутофлуоресценции опухолей А и В, 1д0 и 1Во -начальные амплитуды аутофлуоресценции. Если разница между тд и хв лежит в пределах точности измерения (обычно это менее 10%), то измерив тд и тв , нельзя выявить отличие в испускании обеих опухолей, т.е. идентифицировать их тип. При регистрации мгновенных спектров испускания интенсивность аутофлуоресценции опухолей А и В в фиксированный момент времени из-за отличия тд и тв со временем увеличивается и достигает значительной величины, легко измеряемой. Например, в случае тА = 3 не и тв = 3,2 не при одинаковой начальной амплитуде 1Ао = 1% = 1 интенсивность испускания в максимуме мгновенных спектров аутофлуоресценции IAm и IBm составляет при t = 2 не
IAm(t =2 не) = ехр (-2/3) = 0,514
IBm(t =2 не) = ехр(-2/3,2) = 0,535
и отличается на 4%, в момент t = 20 не
IAm(t = 20 не) = ехр(-20/3) = 0,00127;
IBm (t = 20 не) = ехр(-20/3,2) = 0,00193 и отличается на 52%.
Такое существенное изменение в соотношении интенсивностей мгновенных спектров аутофлуоресценции легко регистрируется и позволяет идентифицировать тип опухоли. Анализ ведется по интенсивности свечения в одном из максимумов мгновенного спектра испускания. Кроме того, информацию о типе опухоли несет и
деформация во времени контура спектра аутофлуоресценции.
Пример. Проведены исследования разрешенных во времени (мгновенных) спектров аутофлуоресценции здоровых и раковых тканей щитовидной железы человека. Измерения проводились на образцах тканей, взятых сразу же после операции, проведенной в "Минском городском онкологическом диспансере" 1-ой городской больницы г. Минска. Регистрировались мгновенные спектры аутофлуоресценции здоровых и опухолевых тканей при возбуждении азотным лазером.
На фиг. 1 изображена блок-схема установки для измерения мгновенных спектров аутофлуоресценции. В установке образец ткани в термостатируемом кюветном отделении 3 возбуждается излучением азотного лазера 1 (А. = 337,1 нм, ty2= 1,5 не, частота повторения импульсов до 50 Гц, пиковая мощность Р = 200 Квт). Излучение азотного лазера 1 направляется в кюветное отделение 3 зеркалом 10. Часть излучения азотного лазера 1 с помощью пластинки 9 ответвляется на фотоэлемент 2 (ФЭК 16), сигнал с которого осуществляет синхронизацию стробируемого вольтметра 7 (В4-24, полоса пропускания 1 Ггц). Перестройка длины волны регистрации осуществляется двойным дифракционным монохроматором 4 (дисперсия 6 А/мм), снабженным шаговым двигателем, управляемым компьютером 8 (IBM PC AT) через интерфейс 6. Сигнал аутофлуоресценции на выходе монохроматора 4 регистрируется фотоэлектронным умножителем 5 (ФЭУ-164, временное разрешением 2 не) и поступает на вход стробируемого вольтметра 7, а затем в компьютер 8.
На фиг. 2 и 3 приведены зарегистрированные с помощью описанной установки мгновенные спектры аутофлуоресценции опухолевой и здоровой тканей. Спектры 1 зарегистрированы в максимуме импульса возбуждения (t = 0 не), а спектры 2 и 3 через t = 2 не и t = 6 не после максимума импульса возбуждения. Мгновенные спектры аутофлуоресценции (фиг. 2 и 3) имеют два максимума, разделенных провалом, который вызван поглощением гемоглобина. Из рисунков видно, что в случае раковой опухоли (фиг. 2) интенсивность аутофлуоресценции в максимуме мгновенных спектров коротковолновой компоненты меньше, чем у длинноволновой компоненты. В то же время, для здоровой ткани указанное соотношение интенсивностей аутофлуоресценции носит противоположный характер для всех моментов времени регистрации (фиг. 3).
Интенсивность коротковолновой компоненты аутофлуоресценции раковой ткани (фиг. 2) не изменяется со временем, а в случае здоровой ткани (фиг. 3) она (интенсивность) значительно уменьшается со временем по сравнению с интенсивностью длинноволновой компоненты. Так в момент времени t = 0 не интенсивность
аутофлуоресценции в максимуме коротковолновой компоненты составляет
0. 92 относительных единиц, а в моменты регистрации t = 2 не и t = 6 не 0,87 и 0,78
относительных единиц, соответственно.
Таким образом, проведенные исследования показали, что для здоровых и опухолевых тканей изменение со временем мгновенных спектров аутофлуоресценции сильно отличается. Поэтому путем измерения кинетики спектров испускания здоровых и опухолевых тканей и их сравнения можно идентифицировать тип опухоли. При этом можно ввести такие количественные параметры, как смещение максимумов спектра во времени, изменение соотношения интенсивностей основного и дополнительного максимумов или интенсивностей свечения их на определенной длине волны в разные моменты регистрации. При использовании ЭВМ анализ зарегистрированных мгновенных спектров и идентификация опухолей осуществляется очень оперативно.
Внедрение данного способа в медицинскую практику позволит значительно сократить временные и экономические затраты на патологоанатомическую диагностику опухолей. Использование способа для диагностики и локализации раковых опухолей непосредственно во время хирургических операций позволит в ряде случаев отказаться от повторного оперативного вмешательства и увеличит вероятность положительной динамики процесса лечения.
Предлагаемый способ может с успехом применяться для идентификации типа опухоли. По сравнению с известным способом точность идентификации опухоли, когда стационарные спектры образцов и изменение времени жизни по спектру совпадают, увеличивается на 100%.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1. Quantitative optical spectroscopy for tissue diagnosis, Annu. Rev. Phys. Chem. 1996, 47, 555606.
2. US 2004/0044287 Al
Формула изобретения
Способ идентификации опухолевых тканей, основанный на оптическом возбуждении опухолевой ткани, регистрации характеристик люминесценции и их сравнении со спектрами испускания здоровой ткани, отличающийся тем, что длительность импульса возбуждения выбирают меньше времени жизни возбужденного состояния эндогенных хромофоров тканей, регистрируют мгновенные спектры аутофлуоресценции пробы через ряд временных интервалов и по характеру их изменения во времени идентифицируют опухоль.
Фиг.З
ОТЧЕТ О ПАТЕНТНОМ ПОИСКЕ
(статья 15(3) ЕАПК и правило 42 Патентной инструкции к ЕАПК)
Номер евразийской заявки: 201200331
Дата подачи: 01 февраля 2012 (01.02.2012) Дата испрашиваемого приоритета:
Название изобретения: Способ идентификации опухолевых тканей
Заявитель:
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ИМЕНИ Б.И. СТЕПАНОВА НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК БЕЛАРУСИ"
1 I Некоторые пункты формулы не подлежат поиску (см. раздел I дополнительного листа)
1 I Единство изобретения не соблюдено (см. раздел II дополнительного листа)
А. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРЕДМЕТА ИЗОБРЕТЕНИЯ: Согласно международной патентной классификации (МПК)
G01N21/64 (2006.0J) G01N 21/17 (2006.01)
Б. ОБЛАСТЬ ПОИСКА:
Минимум просмотренной документации (система классификации и индексы МПК) А61В 5/00, 1/055, G01N 21/64,21/17, 33/48
Другая проверенная документация в той мере, в какой она включена в область поиска:
В. ДОКУМЕНТЫ, СЧИТАЮЩИЕСЯ РЕЛЕВАНТНЫМИ
Категория*
Ссылки на документы с указанием, где это возможно, релевантных частей
Относится к пункту №
ПРОКОПЬЕВ В.Е., Биофизические механизмы воздействия низкоинтенсивного лазерного излучения на биологические ткани и оптические методы диагностики их состояния. Автореферат диссертации на соискагня ученой степени доктора физико-математических наук, Томск, 2004, с. 4, 7, 4-й абзац (п/п. 6), с. 10, абзацы 1-3, с. 15, последний абзац, с.с. 26-28
US 2007/0083122 Al (RESEARCH FOUNDATION OF THE CITY UNIVERSITY OF NEW YORK) 12.04.2007, n.n. 13-14, параграфы [0003]-[0006], [0011], [0012], [0015], [0019], [0022J-0026], [0039]-[0044], [0049]-[0050], [0057]-[0058]
A, D
US 2004/0044287 Al (WEI-CHIANG LIN et al.) 04.03.2004, реферат, n.n. 1-11 формулы, параграфы [0016] - [0019], [0029] - [0030], [0033] - [0038]
I | последующие документы указаны в продолжении графы В
данные о патентах-аналогах указаны в приложении
* Особые категории ссылочных документов:
"А" документ, определяющий общий уровень техники
"В" более ранний документ, но опубликованный на дату подачи евразийской заявки или после нее
"О" документ, относящийся к устному раскрытию, экспонированию и т.д.
"Р" документ, опубликованный до даты подачи евразийской
заявки, но после даты испрашиваемого приоритета "D" документ, приведенный в евразийской заявке
"Т" более поздний документ, опубликованный после даты приоритета и приведенный для понимания изобретения
"X" документ, имеющий наиболее близкое отношение к предмету
поиска, порочащий новизну или изобретательский уровень,
взятый в отдельности "Y" документ, имеющий наиболее близкое OTHOI
поиска, порочащий изобретательский уровень в сочетании с
другими документами той же категории " &" документ, являющийся патентом-аналогом "L" документ, приведенный в других целях
Дата действительного завершения патентного поиска:
10 июля 2012(10.07.2012)
Наименование и адрес Международного поискового органа: Федеральный институт промышленной собственности
РФ, 123995,Москва, Г-59, ГСП-5, Бережковская наб., 30-1. Факс: 243-3337, телетайп: 114818 ПОДАЧА
Уполномоченное лицо:
jf^^A Л.Цобан Телефон № (499) 240-2591
СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ ОПУХОЛЕВЫХ ТКАНЕЙ
СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ ОПУХОЛЕВЫХ ТКАНЕЙ
(19)
СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ ОПУХОЛЕВЫХ ТКАНЕЙ
СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ ОПУХОЛЕВЫХ ТКАНЕЙ
СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ ОПУХОЛЕВЫХ ТКАНЕЙ
СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ ОПУХОЛЕВЫХ ТКАНЕЙ
