[go: up one dir, main page]

RU206470U1 - A DEVICE WITH THE POSSIBILITY OF VIDEO-FLUORESCENT AND SPECTROSCOPIC ANALYSIS FOR CONTROL AND ASSESSMENT OF THE DISTRIBUTION OF PHOTOSENSITIZERS IN BIOTISSES - Google Patents

A DEVICE WITH THE POSSIBILITY OF VIDEO-FLUORESCENT AND SPECTROSCOPIC ANALYSIS FOR CONTROL AND ASSESSMENT OF THE DISTRIBUTION OF PHOTOSENSITIZERS IN BIOTISSES Download PDF

Info

Publication number
RU206470U1
RU206470U1 RU2021103398U RU2021103398U RU206470U1 RU 206470 U1 RU206470 U1 RU 206470U1 RU 2021103398 U RU2021103398 U RU 2021103398U RU 2021103398 U RU2021103398 U RU 2021103398U RU 206470 U1 RU206470 U1 RU 206470U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
radiation
fiber
video
module
Prior art date
Application number
RU2021103398U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Викторович Бородкин
Павел Вячеславович Грачев
Екатерина Витальевна Ахлюстина
Татьяна Александровна Савельева
Виктор Борисович Лощенов
Original Assignee
Акционерное Общество "Наука И Инновации"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное Общество "Наука И Инновации" filed Critical Акционерное Общество "Наука И Инновации"
Priority to RU2021103398U priority Critical patent/RU206470U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU206470U1 publication Critical patent/RU206470U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области устройств и аппаратуры для терапии и диагностики с использованием лазерного луча и предназначена для проведения исследований фотосенсибилизаторов in vitro, in situ и in vivo с возможностью видеофлуоресцентного и спектроскопического анализа распределения фотосенсибилизаторов в биотканях мелких лабораторных животных, а также для осуществления контролируемого фотодинамического воздействия и оценки его эффективности. Устройство с возможностью видеофлуоресцентного и спектроскопического анализа для контроля и оценки распределения фотосенсибилизаторов в биотканях, включающее блок генерации лазерного излучения с оптическим фильтром, модуль оптического переключения каналов ввода излучения, волоконно-оптический модуль доставки и приема излучения, волоконно-оптический модуль доставки излучения с изменяемой апертурой исходящего излучения, блок позиционирования, блок регистрации видеофлуоресцентных изображений с оптическим фильтром, блок анализа спектральных данных, блок управления и обработки полученных данных. Устройство выполнено в едином корпусе с полностью затемненной внутренней камерой, предназначенной для размещения исследуемых объектов, а блок регистрации видеофлуоресцентных изображений состоит из цифровой камеры, электромеханического вариофокального объектива и светофильтра с полосой пропускания в диапазоне регистрации флуоресцентного сигнала, совместно с волоконно-оптическим модулем доставки излучения с изменяемой апертурой исходящего излучения, состоящим из оптического волокна с размещенным на дистальном конце электромеханическим вариофокальным объективом, закреплены на электромеханических подвижках блока позиционирования над исследуемым объектом, при этом вариофокальные объективы блока регистрации видеофлуоресцентных изображений и волоконно-оптического модуля имеют электрическое соединение с платой управления, соединенной с блоком управления и обработки данных, а блок генерации лазерного излучения с длиной волны в полосе эмиссии фотосенсибилизатора в красном диапазоне спектра содержит светофильтр с полосой пропускания в диапазоне от 632 до 640 нм, при этом блоки контролируются и управляются специализированным программным обеспечением, посредством которого отображаются сведения о работе устройства при помощи светодиодных индикаторов. Устройство позволяет повысить точность определения положения очагов флуоресценции и их геометрических размеров.The utility model relates to the field of devices and equipment for therapy and diagnostics using a laser beam and is intended for research of photosensitizers in vitro, in situ and in vivo with the possibility of video fluorescence and spectroscopic analysis of the distribution of photosensitizers in the biological tissues of small laboratory animals, as well as for the implementation of controlled photodynamic impact and assessment of its effectiveness. A device with the possibility of video fluorescence and spectroscopic analysis for monitoring and assessing the distribution of photosensitizers in biological tissues, including a laser radiation generation unit with an optical filter, a module for optical switching of radiation input channels, a fiber-optic module for delivery and reception of radiation, a fiber-optic radiation delivery module with a variable aperture outgoing radiation, positioning unit, unit for recording video fluorescent images with an optical filter, unit for analyzing spectral data, unit for controlling and processing the received data. The device is made in a single housing with a completely darkened internal camera designed to accommodate the objects under study, and the video fluorescent image recording unit consists of a digital camera, an electromechanical varifocal lens and a light filter with a bandwidth in the range of recording a fluorescent signal, together with a fiber-optic radiation delivery module with a variable aperture of outgoing radiation, consisting of an optical fiber with an electromechanical varifocal lens located at the distal end, are fixed to the electromechanical slides of the positioning unit above the object under study, while the varifocal lenses of the video fluorescent image recording unit and the fiber-optic module are electrically connected to the control board connected to control and data processing unit, and the unit for generating laser radiation with a wavelength in the emission band of the photosensitizer in the red spectral range contains there is a light filter with a bandwidth in the range from 632 to 640 nm, while the blocks are controlled and controlled by specialized software, through which information about the operation of the device is displayed using LED indicators. The device improves the accuracy of determining the position of the foci of fluorescence and their geometric dimensions.

Description

Полезная модель относится к области устройств и аппаратуры для терапии и диагностики с использованием лазерного излучения и предназначена для проведения исследований фотосенсибилизаторов in vitro, in situ и in vivo с возможностью видеофлуоресцентного и спектроскопического анализа распределения фотосенсибилизаторов в биотканях мелких лабораторных животных, а также для осуществления контролируемого фотодинамического воздействия и оценки его эффективности.The utility model relates to the field of devices and equipment for therapy and diagnostics using laser radiation and is intended for research of photosensitizers in vitro, in situ and in vivo with the possibility of video fluorescence and spectroscopic analysis of the distribution of photosensitizers in the biological tissues of small laboratory animals, as well as for the implementation of controlled photodynamic impact and assessment of its effectiveness.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ:AREA OF TECHNOLOGY:

Предлагаемая полезная модель относится к лабораторному оборудованию для исследований фотосенсибилизаторов in vitro, in situ и in vivo с возможностью видеофлуоресцентного и спектроскопического анализа распределения фотосенсибилизаторов в клеточных культурах и биотканях, а также для осуществления контролируемого фотодинамического воздействия и оценки его эффективности.The proposed utility model relates to laboratory equipment for research of photosensitizers in vitro, in situ and in vivo with the possibility of video fluorescence and spectroscopic analysis of the distribution of photosensitizers in cell cultures and biological tissues, as well as for the implementation of a controlled photodynamic effect and assessment of its effectiveness.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИLEVEL OF TECHNOLOGY

Из уровня техники известно устройство (US 20170007192 А1) для визуализации изображения животного, образца или фантома. Устройство позволяет отображать животное с разных сторон, угол обзора составляет не менее 360 градусов. Животное, фантом или образец исследования поддерживается держателем объекта. Держатель объекта представляет собой удлиненную трубку, и служит для надежной фиксации животного, образца или фантома. Держатель объекта подключен к приводу мотора управления. Привод мотора управления вращает держатель объекта. Изображение животного, образца или объекта исследования регистрируется при каждом приращении. Для визуализации используется рентгеновское излучение. Данное устройство не позволяет получать флуоресцентные изображения животного в видимом диапазоне, а значит проводить флуоресцентную диагностику.A device (US 20170007192 A1) for visualizing an image of an animal, sample or phantom is known from the prior art. The device allows you to display the animal from different sides, the viewing angle is at least 360 degrees. An animal, phantom or study specimen is supported by an object holder. The object holder is an elongated tube and serves to securely fix an animal, specimen or phantom. The object holder is connected to the control motor drive. The control motor drive rotates the object holder. An image of an animal, sample, or test object is captured at each increment. X-rays are used for imaging. This device does not allow obtaining fluorescent images of an animal in the visible range, and therefore conducting fluorescence diagnostics.

Известно также усовершенствованное устройство (US 6901279 B2) для формирования изображения, которое позволяет пользователю выполнять многочисленные операции формирования изображения. Устройство формирования изображения включает несколько улучшений конструкции блока для управления освещением внутри блока для формирования изображения: улучшенные уплотнители и механизм закрытия двери. Настоящее изобретение также включает в себя несколько улучшений конструкции устройства формирования изображения для облегчения захвата изображения, таких как: устройство автоматического выбора фильтра, подвижная платформа, автоматическое управление фокусировкой, регулировка диафрагмы и высота платформы и улучшенное внутреннее освещение для захвата изображений объекта. В качестве источника излучения используется несколько белых светодиодов.An improved imaging device (US 6901279 B2) is also known, which allows a user to perform multiple imaging operations. The imaging apparatus includes several design improvements to the unit for controlling lighting within the imaging unit: improved seals and a door closing mechanism. The present invention also includes several design improvements to the imaging apparatus to facilitate image capturing, such as: auto filter selector, movable platform, auto focus control, iris and platform height control, and improved interior lighting for capturing images of an object. Several white LEDs are used as a radiation source.

Известны системы и методы для получения изображений образца (US 7595838 B2). Образец помещается в бокс для визуализации, содержащий подвижный столик, который позволяет регистрировать изображение образца из различных положений и под разными углами внутри бокса для визуализации. Изображения регистрируются CCD камерой и обрабатываются компьютером. Полученные изображения из блока формирования изображения могут использоваться для наблюдения за состоянием объекта. Данное устройство не позволяет осуществлять регулировку интенсивности излучения источника и, таким образом, не дает возможности переключаться между диагностическим и терапевтическим режимами воздействия.Systems and methods for obtaining images of a sample are known (US 7,595,838 B2). The sample is placed in an imaging box containing a movable stage that allows the sample to be imaged from various positions and angles within the imaging box. Images are recorded by a CCD camera and processed by a computer. The acquired images from the imaging unit can be used to monitor the state of the object. This device does not allow adjusting the radiation intensity of the source and, therefore, does not allow switching between diagnostic and therapeutic modes of exposure.

Известна также система для визуализации мелких лабораторных животных (WO 2008/142593 А2). Система включает в себя док-станцию и по меньшей мере один способ визуализации мелких животных с ее помощью. Док-станция предоставляет рабочее пространство и стыковочные порты для подготовки и содержания под наркозом животных, ожидающих визуализации. Для дублирования положения объекта исследования предусмотрен держатель, который удерживает объект в воспроизводимом положении на лотке для объекта. Осуществляется мониторинг основных показателей жизнедеятельности объектов исследования. Лоток для объектов исследования включает реперные точки для помощи в совмещении изображений одинаковой модальности и изображений различной модальности. К недостаткам системы следует отнести то, что она не защищена от внешнего светового воздействия, что может негативно сказываться на качестве получаемых изображений.A system for imaging small laboratory animals is also known (WO 2008/142593 A2). The system includes a docking station and at least one method for imaging small animals using it. The docking station provides a workspace and docking ports for preparing and anesthetized animals awaiting imaging. To duplicate the position of the research object, a holder is provided that holds the object in a reproducible position on the object tray. Monitoring of the main vital signs of the objects of research is carried out. The object tray includes fiducials to help align images of the same modality and images of different modalities. The disadvantages of the system include the fact that it is not protected from external light exposure, which can negatively affect the quality of the resulting images.

Ближайшим аналогом предлагаемого устройства (прототип) является устройство получения флуоресцентных томографических изображений (патент РФ 2368306). Устройство содержит лазерный источник излучения, модулируемый по амплитуде и снабженный, по крайней мере, одним волоконно-оптическим выходом, приемник излучения, снабженный, по крайней мере, одним волоконно-оптическим входом, установленными с возможностью сканирования излучения по интересующей области исследуемого объекта, и блок обработки сигнала и визуализации. Волоконно-оптические входы и выходы снабжены системами электромеханических подвижек входа и выхода, соединенными с блоком управления движения, выполненным с возможностью независимого друг от друга, с заданным шагом и пространственным сдвигом, перемещения волоконно-оптических входа и выхода. Блок обработки сигнала и визуализации обеспечивает построение трехмерного изображения интересующей области исследуемого объекта при плоской модели сканирования. Использование изобретения позволяет повысить пространственное разрешение устройства томографирования и упростить его конструкцию. Однако данное устройство не имеет диодных лазеров с высокой мощностью излучения, достаточной для проведения фотодинамической терапии. Это не позволяет использовать это устройство для эффективной контролируемой фотодинамической терапии и оценки эффективности фармпрепаратов для фотодинамической терапии.The closest analogue of the proposed device (prototype) is a device for obtaining fluorescent tomographic images (RF patent 2368306). The device contains a laser radiation source, modulated in amplitude and equipped with at least one fiber-optic output, a radiation receiver equipped with at least one fiber-optic input, installed with the ability to scan radiation over the area of interest of the object under study, and a unit signal processing and visualization. The fiber-optic inputs and outputs are equipped with systems of electromechanical movements of the input and output, connected to the motion control unit, made with the possibility of moving the fiber-optic input and output independently of each other, with a given step and spatial shift. The signal processing and visualization unit provides the construction of a three-dimensional image of the area of interest of the object under study with a flat scanning model. EFFECT: use of the invention makes it possible to increase the spatial resolution of the tomography device and to simplify its design. However, this device does not have diode lasers with a high radiation power sufficient for photodynamic therapy. This does not allow using this device for effective controlled photodynamic therapy and evaluating the effectiveness of pharmaceuticals for photodynamic therapy.

РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИUSEFUL MODEL DISCLOSURE

Задачей, на решение которой направлена данная полезная модель, является обеспечение осуществления прецизионного контролируемого фотодинамического воздействия и оценка его эффективности при помощи видеофлуоресцентной диагностики и локального спектроскопического анализа распределения фотосенсибилизаторов в биотканях in vitro, in situ и in vivo.The task to be solved by this utility model is to ensure the implementation of a precision controlled photodynamic effect and assess its effectiveness using video fluorescence diagnostics and local spectroscopic analysis of the distribution of photosensitizers in biological tissues in vitro, in situ and in vivo.

Поставленная задача решается тем, что предложенное устройство с возможностью видеофлуоресцентного и спектроскопического анализа для контроля и оценки распределения фотосенсибилизаторов в биотканях, включающее блок генерации лазерного излучения с оптическим фильтром, модуль оптического переключения каналов ввода излучения, волоконно-оптический модуль доставки и приема излучения, волоконно-оптический модуль доставки излучения с изменяемой апертурой исходящего излучения, блок позиционирования, блок регистрации видеофлуоресцентных изображений с оптическим фильтром, блок анализа спектральных данных, блок управления и обработки полученных данных, отличающееся тем, что устройство выполнено в едином корпусе с полностью затемненной внутренней камерой, предназначенной для размещения исследуемых объектов, а блок регистрации видеофлуоресцентных изображений, состоящий из цифровой камеры, электромеханического вариофокального объектива и светофильтра с полосой пропускания в диапазоне регистрации флуоресцентного сигнала, совместно с волоконно-оптическим модулем доставки излучения с изменяемой апертурой исходящего излучения, состоящим из оптического волокна с размещенным на дистальном конце электромеханическим вариофокальным объективом, закреплены на электромеханических подвижках блока позиционирования над исследуемым объектом, при этом вариофокальные объективы блока регистрации видеофлуоресцентных изображений и волоконно-оптического модуля имеют электрическое соединение с платой управления, соединенной с блоком управления и обработки данных, а блок генерации лазерного излучения с длиной волны в полосе эмиссии фотосенсибилизатора в красном диапазоне спектра содержит светофильтр с полосой пропускания в диапазоне от 632 до 640 нм, при этом блоки контролируются и управляются специализированным программным обеспечением, посредством которого отображаются сведения о работе устройства при помощи светодиодных индикаторов.The problem is solved by the fact that the proposed device with the possibility of video fluorescence and spectroscopic analysis for monitoring and assessing the distribution of photosensitizers in biological tissues, including a unit for generating laser radiation with an optical filter, a module for optical switching of radiation input channels, a fiber-optic module for delivering and receiving radiation, fiber an optical radiation delivery module with a variable aperture of outgoing radiation, a positioning unit, a video fluorescent image recording unit with an optical filter, a spectral data analysis unit, a control and processing unit for the received data, characterized in that the device is made in a single housing with a completely darkened internal camera designed for placement of the objects under study, and the unit for recording video fluorescent images, consisting of a digital camera, an electromechanical varifocal lens and a light filter with a passband in the fluorescent recording range rescent signal, together with a fiber-optic radiation delivery module with a variable aperture of outgoing radiation, consisting of an optical fiber with an electromechanical varifocal lens located at the distal end, are fixed on the electromechanical movements of the positioning unit above the object under study, while the varifocal lenses of the video fluorescence image recording unit and fiber -optical modules are electrically connected to the control board connected to the control and data processing unit, and the unit for generating laser radiation with a wavelength in the emission band of the photosensitizer in the red spectral range contains a light filter with a passband in the range from 632 to 640 nm, while the units controlled and controlled by specialized software, through which information about the operation of the device is displayed using LED indicators.

Также данная задача решается тем, что блок анализа спектрального состава излучения с волоконно-оптической системой доставки и приема излучений входит в модуль определения скорости уменьшения интенсивности флуоресценции в качестве звена обратной связи для автоматической регулировки мощности лазерного излучения при фотодинамическом воздействии.Also, this problem is solved by the fact that the unit for analyzing the spectral composition of radiation with a fiber-optic system for delivering and receiving radiation is included in the module for determining the rate of decrease in fluorescence intensity as a feedback link for automatically adjusting the power of laser radiation during photodynamic exposure.

Также задача решается тем, что блок регистрации видеофлуоресцентных изображений входит в модуль определения скорости уменьшения интенсивности флуоресценции в качестве звена обратной связи для автоматической регулировки мощности лазерного излучения при фотодинамическом воздействии.The problem is also solved by the fact that the unit for recording video fluorescent images is included in the module for determining the rate of decrease in fluorescence intensity as a feedback link for automatically adjusting the power of laser radiation during photodynamic exposure.

Технический результат заявленной полезной модели заключается в повышении точности определения положения очагов флуоресценции и их геометрических размеров. Устройство также позволяет использовать скорость изменения интенсивности флуоресценции в дальнем красном видимом диапазоне в качестве обратной связи для регулирования мощности лазерного источника.The technical result of the claimed utility model is to improve the accuracy of determining the position of the foci of fluorescence and their geometric dimensions. The device also allows the rate of change of fluorescence intensity in the far red visible range to be used as feedback for adjusting the power of the laser source.

Заявленное устройство решает следующие технические проблемы:The claimed device solves the following technical problems:

- определение локализаций фотосенсибилизатора в биологических тканях in situ, in vivo в ближнем красном диапазон спектра- determination of the localization of the photosensitizer in biological tissues in situ, in vivo in the near red range of the spectrum

- регистрация динамики фотобличинга в зонах интереса- registration of the dynamics of photobleaching in areas of interest

- сопоставление измеренных спектральных данных с местами измерений на экспериментальных образцах, животных.- comparison of the measured spectral data with the measurement sites on experimental samples, animals.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

Сущность полезной модели поясняется чертежами, которые включены в состав настоящего описания. Чертежи иллюстрируют вариант осуществления полезной модели и совместно с вышеприведенным общим описанием полезной модели и нижеприведенным подробным описанием осуществления служат для пояснения принципов работы настоящей полезной модели.The essence of the utility model is illustrated by drawings, which are included in the present description. The drawings illustrate an embodiment of the utility model and together with the above general description of the utility model and the following detailed description of the implementation serve to explain the principles of operation of the present utility model.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства и приняты следующие обозначения:FIG. 1 shows a block diagram of the device and the following designations are adopted:

1 - корпус с полным затемнением внутренней камеры, 2 - дверь корпуса с ручкой, 3 - кнопка аварийного отключения, 4 - ключ управления источником излучения, 5 - ключ переключения работы источника излучения, 6 - кнопка включения установки, 7 - разъемы с USB интерфейсами, 8 - разъем с HDMI интерфейсом, 9 - разъем Ethernet, 10 - индикаторы, 11 - блок управления и обработки данных, 12 - блок генерации лазерного излучения, 13 - оптический фильтр, 14 - модуль оптического переключения каналов ввода излучения, 15 - волоконно-оптический модуль доставки и приема излучения, 16 - волоконно-оптический модуль доставки излучения с изменяемой апертурой исходящего излучения, 17 - блок регистрации видеофлуоресцентных изображений, 18 - варифокальный объектив, 19 - оптический фильтр, 20 - плата управления объективами, 21 - блок позиционирования, 22 - блок анализа спектрального состава излучения, 23 - оптический фильтр.1 - housing with complete darkening of the inner chamber, 2 - housing door with a handle, 3 - emergency shutdown button, 4 - radiation source control key, 5 - radiation source operation switching key, 6 - unit activation button, 7 - USB interfaces, 8 - connector with HDMI interface, 9 - Ethernet connector, 10 - indicators, 11 - control and data processing unit, 12 - laser radiation generation unit, 13 - optical filter, 14 - module for optical switching of radiation input channels, 15 - fiber-optic module for delivery and reception of radiation, 16 - fiber-optic module for delivery of radiation with a variable aperture of outgoing radiation, 17 - unit for recording video fluorescent images, 18 - varifocal lens, 19 - optical filter, 20 - lens control board, 21 - positioning unit, 22 - block for analyzing the spectral composition of radiation, 23 - optical filter.

На фиг. 2 изображен общий вид изделия и приняты следующие обозначения:FIG. 2 shows a general view of the product and the following designations are adopted:

1 - корпус с полным затемнением внутренней камеры, 2 - дверь корпуса с ручкой, 3 - кнопка аварийного отключения, 4 - ключ управления источником излучения 6 - кнопка включения установки, 7 - разъемы с USB интерфейсами, 8 - разъем с HDMI интерфейсом, 9 - разъем Ethernet, 10 - индикаторы1 - housing with full darkening of the inner chamber, 2 - housing door with a handle, 3 - emergency shutdown button, 4 - radiation source control key 6 - unit start button, 7 - connectors with USB interfaces, 8 - connector with HDMI interface, 9 - Ethernet connector, 10 - indicators

На фиг. 3 изображен вид слеваFIG. 3 is a left side view

На фиг. 4 изображен вид справа и приняты следующие обозначения:FIG. 4 shows a view from the right and the following designations are adopted:

1 - корпус с полным затемнением внутренней камеры, 2 - дверь корпуса с ручкой, 3 - кнопка аварийного отключения, 4 - ключ управления источником излучения 6 - кнопка включения установки, 7 - разъемы с USB интерфейсами, 8 - разъем с HDMI интерфейсом, 9 - разъем Ethernet.1 - housing with full darkening of the inner chamber, 2 - housing door with a handle, 3 - emergency shutdown button, 4 - radiation source control key 6 - unit start button, 7 - connectors with USB interfaces, 8 - connector with HDMI interface, 9 - Ethernet connector.

На фиг. 5 изображена схема устройства специализированного программного обеспечения и приняты следующие обозначения: 25 - модуль управления блоком генерации излучения, 26 - модуль управления блоком анализа спектральных данных, 27 - модуль управления объективами, 28 - модуль управления блоком регистрации видеофлуоресцентных изображений, 29 - модуль управления блока позиционирования.FIG. 5 shows a diagram of a specialized software device and the following designations are adopted: 25 - control module of the radiation generation unit, 26 - control module of the spectral data analysis unit, 27 - lens control module, 28 - control module of the video-fluorescent image recording unit, 29 - control module of the positioning unit ...

На фиг. 6 изображены алгоритмы работы устройства и приняты следующие обозначения: 6А - получение видеофлуоресцентных изображений, 6Б получение спектральных данных, 6В - проведение процесса фотодинамического воздействия.FIG. 6 shows the algorithms for the operation of the device and the following designations are adopted: 6A - obtaining video fluorescent images, 6B obtaining spectral data, 6B - carrying out the process of photodynamic exposure.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ТЕРМИНЫ (не обязательно)DEFINITIONS AND TERMS (optional)

Под термином «исследуемый участок ткани» в данном документе понимают участок тела, в пределах которого производится оперативное вмешательство, а также любой другой объект, например экспериментальный образец с неизвестной концентрацией фотосенсибилизатора, подлежащий флуоресцентному исследованию с целью оценки накопления фотосенсибилизатора или другого люминофора.The term "tissue site under study" in this document means a body area within which surgery is performed, as well as any other object, for example, an experimental sample with an unknown concentration of a photosensitizer, subject to fluorescence study in order to assess the accumulation of a photosensitizer or other phosphor.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИIMPLEMENTATION OF THE USEFUL MODEL

Устройство работает следующим образом:The device works as follows:

Внутри корпуса (1) с дверью (2) имеется полностью затемненная камера для размещения экспериментальных объектов (24), с помощью модуля специализированного программного обеспечения (25) блока управления и обработки данных (11) включается блок генерации лазерного излучения (12), у которого на передней панели корпуса выведены его органы управления: кнопка аварийного выключения (3), ключ управления источником излучения (4), ключ переключения работы источника излучения (5). Лазерное излучение проходя через светофильтр (13) доставляется к модулю оптического переключения каналов ввода излучения (14) с кнопкой (5) у которого имеется один разъем для ввода и два для вывода излучения. К двум разъемам на выводе присоединены волоконно-оптический модуль доставки и приема излучения (15) и волоконно-оптический модуль доставки излучения с изменяемой апертурой исходящего излучения (16). Дальнейшая работа устройства зависит от положения переключателя излучения. При вводе в волоконно-оптический модуль доставки и приема излучения (15), который имеет Y-образный вид и со стороны двух ответвлений оснащен двумя оптическими разъемами для присоединения к оптическому переключателю (14) и блоку анализа спектрального состава излучения (22), а с другой стороны оснащен наконечником для контактирования с экспериментальными объектами, излучение доставляется к исследуемым объектам. Рассеянное лазерное излучение и возбужденная флуоресценция фотосенсибилатора собирается приемными волокнами модуля (15) и доставляется по ним к блоку анализа спектральных данных (22), предварительно пройдя через светофильтр (23) для ослабления лазерного излучения. Излучение раскладывается в спектр для последующего анализа. Полученные данные передаются в блок управления и обработки информации (11), при помощи модуля (26) специализированного программного обеспечения проводится анализ спектров: интенсивность лазерной линии, интенсивность флуоресценции, разность интенсивностей лазерного и флуоресцентного излучений, с последующим выводом на экран монитора данных в виде графиков и гистограмм, что позволяет определить скорость уменьшения интенсивности флуоресценции и позволяет использовать модуль в качестве звена обратной связи для автоматической регулировки мощности лазерного излучения при фотодинамическом воздействии. При вводе излучения из оптического переключатель в волоконно-оптический модуль доставки излучения с изменяемой апертурой (16) излучение доставляется к исследуемым объектам. На дистальном конце модуля (16) размещен электромеханический вариофокальный объектив (18), который соединен электрическими контактами с платой управления (20), а она с блоком управления и обработки информации (11). Управляется объектив (18) модулем (27) специализированного программного обеспечения, который посылает моторам серию электрических импульсов для изменения апертуры с целью формирования в области размещения экспериментальных объектов лазерное пятно с заданным диаметром. Сформированное излучение предназначено для возбуждении флуоресценции, а при высоких значениях плотности мощности достигается фотодинамическое воздействие на экспериментальные объекты. Флуоресцентный сигнал проходит через светофильтр (19) собирается блоком регистрации видеофлуоресцентных изображений (17) с вариофокальным объективом (18), который соединен электрическими контактами с платой управления (20). Полученная информация с блока регистрации видеофлуоресцентных изображений поступает в блок управления и обработки данных (11), при помощи модуля (28) специализированного программного обеспечения проводится анализ изображений: яркость в точке, средняя яркость в прямоугольнике, горизонтальный профиль яркости, вертикальный профиль яркости, профиль яркости произвольного отрезка, средняя яркость в произвольном многоугольнике, с последующим выводом на экран монитора данных в виде графиков и 2Д изображений с распределением флуоресцентного сигнала в экспериментальных объектах, что позволяет определить скорость уменьшения интенсивности флуоресценции и использовать модуль в качестве звена обратной связи для автоматической регулировки мощности лазерного излучения при фотодинамическом воздействии.Inside the case (1) with a door (2) there is a completely darkened chamber for placing experimental objects (24), with the help of a specialized software module (25) of the control and data processing unit (11), a laser radiation generation unit (12) is switched on, in which on the front panel of the case, its controls are displayed: an emergency shutdown button (3), a key for controlling the radiation source (4), a key for switching the operation of the radiation source (5). Laser radiation passing through a light filter (13) is delivered to the module for optical switching of radiation input channels (14) with a button (5) which has one connector for input and two for outputting radiation. A fiber-optic module for delivery and reception of radiation (15) and a fiber-optic module for delivery of radiation with a variable aperture of outgoing radiation (16) are connected to two connectors at the output. Further operation of the device depends on the position of the radiation switch. When inserted into a fiber-optic module for delivery and reception of radiation (15), which has a Y-shape and is equipped with two optical connectors on the side of two branches for connection to an optical switch (14) and a unit for analyzing the spectral composition of radiation (22), and with the other side is equipped with a tip for contacting with experimental objects, the radiation is delivered to the investigated objects. The scattered laser radiation and the excited fluorescence of the photosensitizer are collected by the receiving fibers of the module (15) and delivered through them to the spectral data analysis unit (22), having previously passed through a light filter (23) to attenuate the laser radiation. The radiation is decomposed into a spectrum for further analysis. The obtained data is transmitted to the control and information processing unit (11), using the module (26) of specialized software, the spectra are analyzed: the intensity of the laser line, the intensity of fluorescence, the difference in the intensities of laser and fluorescent radiation, with subsequent display on the screen of the data monitor in the form of graphs and histograms, which makes it possible to determine the rate of decrease in the fluorescence intensity and allows the module to be used as a feedback link for automatic adjustment of the laser radiation power during photodynamic exposure. When radiation is injected from an optical switch into a fiber-optic radiation delivery module with a variable aperture (16), the radiation is delivered to the objects under study. An electromechanical varifocal lens (18) is placed at the distal end of the module (16), which is connected by electrical contacts to the control board (20), and it is connected to the control and information processing unit (11). The objective (18) is controlled by the module (27) of specialized software, which sends a series of electrical pulses to the motors to change the aperture in order to form a laser spot with a given diameter in the area where the experimental objects are located. The generated radiation is intended to excite fluorescence, and at high values of the power density, a photodynamic effect on experimental objects is achieved. The fluorescent signal passes through a light filter (19) and is collected by a video fluorescent image recording unit (17) with a varifocal lens (18), which is connected by electrical contacts to the control board (20). The information received from the unit for recording video fluorescent images enters the control and data processing unit (11), using the module (28) of specialized software, images are analyzed: brightness at a point, average brightness in a rectangle, horizontal brightness profile, vertical brightness profile, brightness profile an arbitrary segment, the average brightness in an arbitrary polygon, followed by displaying data on the monitor screen in the form of graphs and 2D images with the distribution of the fluorescent signal in experimental objects, which makes it possible to determine the rate of decrease in the fluorescence intensity and use the module as a feedback link for automatic adjustment of the laser power radiation under photodynamic exposure.

Объективы (18) блоков (16, 17) закреплены на электромеханических подвижках блока позиционирования (21), который управляется модулем специализированного программного обеспечения (29) блока управления и обработки данных (11), над экспериментальным объектом и работают в синхронном режиме, что позволяет облучать лазерным излучением область попадающую в поле зрения блока регистрации видеофлуоресцентных изображений (17). Блок позиционирования (21) позволяет перемещать блок регистрации изображений (17) для детального анализа отдельных участков экспериментальных объектовThe lenses (18) of the blocks (16, 17) are fixed on the electromechanical slides of the positioning unit (21), which is controlled by the specialized software module (29) of the control and data processing unit (11), over the experimental object and operate in a synchronous mode, which makes it possible to irradiate the area falling into the field of view of the unit for recording video fluorescent images (17). The positioning unit (21) allows you to move the image registration unit (17) for a detailed analysis of individual sections of experimental objects.

На корпусе (1) выведены на боковую правую панель от блока управления и обработки данных (11) интерфейсные разъемы: USB (7), HDMI (8), Ethernet (9), для подключения устройств ввода и вывода информации, такие как клавиатура, компьютерная мышь и монитор, а также для подключения устройства к сети интернет. На переднюю панель выведены индикаторы (10), сообщающие о состоянии работы блоков устройства, кнопка включения устройства (6).On the case (1) are brought out to the right side panel from the control and data processing unit (11) interface connectors: USB (7), HDMI (8), Ethernet (9), for connecting input and output devices, such as a keyboard, computer mouse and monitor, as well as for connecting the device to the Internet. The front panel displays indicators (10), reporting on the state of operation of the device blocks, a button to turn on the device (6).

Конструктивные особенности полезной модели:Design features of the utility model:

- встроенный блок управления устройством и анализа диагностируемых данных внутри корпуса позволяет добиться портативности устройства, уменьшить количество интерфейсных кабелей, соединяющие функциональные модули, и количество внешних блоков изделия;- the built-in unit for controlling the device and analyzing the diagnosed data inside the case allows achieving portability of the device, reducing the number of interface cables connecting functional modules and the number of external units of the product;

- комплектность установки позволяет использовать один источник лазерного возбуждающего излучения для видеофлуоресцентной, волоконной спектральной диагностики, а также для фотодинамического воздействия на исследуемые объекты, в том числе с труднодоступной локализацией, при помощи дополнительных волоконно-оптических устройств доставки излучения.- the completeness of the installation allows the use of one source of laser excitation radiation for video fluorescence, fiber spectral diagnostics, as well as for photodynamic impact on the objects under study, including those with hard-to-reach localization, using additional fiber-optic radiation delivery devices.

Таким образом, совокупность всех существенных признаков делает предлагаемое устройство многофункциональным инструментом, наличие в котором высокоинтенсивного лазерного источника излучения дальнего красного диапазона спектра, позволяет проводить видеофлуоресфентную диагностику, анализ тканей со спектральным разрешением, с применением волоконных инструментов, в том числе по глубине зондирования, а также проводит фотодинамическое воздействие на объекты исследования, что способствует применять устройство при предклинических исследований биомаркеров in situ и in vivo.Thus, the totality of all essential features makes the proposed device a multifunctional instrument, the presence in which of a high-intensity laser source of radiation in the far red range of the spectrum, allows for video fluorescence diagnostics, tissue analysis with spectral resolution, using fiber instruments, including the sounding depth, as well as carries out a photodynamic effect on the objects of research, which facilitates the use of the device in preclinical studies of biomarkers in situ and in vivo.

Предлагаемая полезная модель может изготавливаться серийно из материалов, разрешенных для медицинского применения, отдельные части которого могут быть изготовлены при помощи технологии печати на 3Д-принтере из полимерных материалов.The proposed utility model can be serially manufactured from materials approved for medical use, some parts of which can be manufactured using the technology of printing on a 3D printer from polymer materials.

Claims (3)

1. Устройство с возможностью видеофлуоресцентного и спектроскопического анализа для контроля и оценки распределения фотосенсибилизаторов в биотканях, включающее блок генерации лазерного излучения с оптическим фильтром, модуль оптического переключения каналов ввода излучения, волоконно-оптический модуль доставки и приема излучения, волоконно-оптический модуль доставки излучения с изменяемой апертурой исходящего излучения, блок позиционирования, блок регистрации видеофлуоресцентных изображений с оптическим фильтром, блок анализа спектральных данных, блок управления и обработки полученных данных, отличающееся тем, что устройство выполнено в едином корпусе с полностью затемненной внутренней камерой, предназначенной для размещения исследуемых объектов, а блок регистрации видеофлуоресцентных изображений состоит из цифровой камеры, электромеханического вариофокального объектива и светофильтра с полосой пропускания в диапазоне регистрации флуоресцентного сигнала, совместно с волоконно-оптическим модулем доставки излучения с изменяемой апертурой исходящего излучения, состоящим из оптического волокна с размещенным на дистальном конце электромеханическим вариофокальным объективом, закреплены на электромеханических подвижках блока позиционирования над исследуемым объектом, при этом вариофокальные объективы блока регистрации видеофлуоресцентных изображений и волоконно-оптического модуля имеют электрическое соединение с платой управления, соединенной с блоком управления и обработки данных, а блок генерации лазерного излучения с длиной волны в полосе эмиссии фотосенсибилизатора в красном диапазоне спектра содержит светофильтр с полосой пропускания в диапазоне от 632 до 640 нм, при этом блоки контролируются и управляются специализированным программным обеспечением, посредством которого отображаются сведения о работе устройства при помощи светодиодных индикаторов.1. A device with the possibility of video fluorescence and spectroscopic analysis for monitoring and assessing the distribution of photosensitizers in biological tissues, including a unit for generating laser radiation with an optical filter, a module for optical switching of radiation input channels, a fiber-optic module for delivering and receiving radiation, a fiber-optic module for delivering radiation with variable aperture of outgoing radiation, a positioning unit, a unit for recording video fluorescent images with an optical filter, a unit for analyzing spectral data, a unit for controlling and processing the received data, characterized in that the device is made in a single housing with a completely darkened internal camera designed to accommodate the objects under study, and the unit for recording video fluorescent images consists of a digital camera, an electromechanical varifocal lens and a light filter with a bandwidth in the range of recording a fluorescent signal, together with a fiber-optic them with a radiation delivery module with a variable aperture of outgoing radiation, consisting of an optical fiber with an electromechanical varifocal lens located at the distal end, are fixed on the electromechanical movements of the positioning unit above the object under study, while the varifocal lenses of the video fluorescent image recording unit and the fiber-optic module are electrically connected to a control board connected to the control and data processing unit, and the unit for generating laser radiation with a wavelength in the emission band of the photosensitizer in the red spectrum range contains a light filter with a passband in the range from 632 to 640 nm, while the blocks are controlled and controlled by specialized software, through which information about the operation of the device is displayed using LED indicators. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что система анализа спектрального состава излучения с волоконно-оптической системой доставки и приема излучений входит в блок определения скорости уменьшения интенсивности флуоресценции в качестве звена обратной связи для автоматической регулировки мощности лазерного излучения при фотодинамическом воздействии.2. The device according to claim 1, characterized in that the system for analyzing the spectral composition of radiation with a fiber-optic system for delivering and receiving radiation is included in the unit for determining the rate of decrease in fluorescence intensity as a feedback link for automatically adjusting the power of laser radiation during photodynamic exposure. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что система регистрации видеофлуоресцентных изображений входит в блок определения скорости уменьшения интенсивности флуоресценции в качестве звена обратной связи для автоматической регулировки мощности лазерного излучения при фотодинамическом воздействии.3. The device according to claim. 1, characterized in that the system for recording video fluorescent images is included in the unit for determining the rate of decrease in fluorescence intensity as a feedback link for automatically adjusting the power of laser radiation during photodynamic exposure.
RU2021103398U 2021-02-11 2021-02-11 A DEVICE WITH THE POSSIBILITY OF VIDEO-FLUORESCENT AND SPECTROSCOPIC ANALYSIS FOR CONTROL AND ASSESSMENT OF THE DISTRIBUTION OF PHOTOSENSITIZERS IN BIOTISSES RU206470U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021103398U RU206470U1 (en) 2021-02-11 2021-02-11 A DEVICE WITH THE POSSIBILITY OF VIDEO-FLUORESCENT AND SPECTROSCOPIC ANALYSIS FOR CONTROL AND ASSESSMENT OF THE DISTRIBUTION OF PHOTOSENSITIZERS IN BIOTISSES

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021103398U RU206470U1 (en) 2021-02-11 2021-02-11 A DEVICE WITH THE POSSIBILITY OF VIDEO-FLUORESCENT AND SPECTROSCOPIC ANALYSIS FOR CONTROL AND ASSESSMENT OF THE DISTRIBUTION OF PHOTOSENSITIZERS IN BIOTISSES

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU206470U1 true RU206470U1 (en) 2021-09-13

Family

ID=77746143

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021103398U RU206470U1 (en) 2021-02-11 2021-02-11 A DEVICE WITH THE POSSIBILITY OF VIDEO-FLUORESCENT AND SPECTROSCOPIC ANALYSIS FOR CONTROL AND ASSESSMENT OF THE DISTRIBUTION OF PHOTOSENSITIZERS IN BIOTISSES

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU206470U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU230256U1 (en) * 2022-12-12 2024-11-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук" (ИОФ РАН) DEVICE WITH A LIGHT GUIDE FOR DETERMINING TUMOR LOCATION BY THE SPECTRAL-FLUORESCENCE METHOD

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6485413B1 (en) * 1991-04-29 2002-11-26 The General Hospital Corporation Methods and apparatus for forward-directed optical scanning instruments
US6615063B1 (en) * 2000-11-27 2003-09-02 The General Hospital Corporation Fluorescence-mediated molecular tomography
RU2368306C2 (en) * 2007-12-03 2009-09-27 Институт прикладной физики РАН Device for obtaining fluorescent tomographic images
US7595838B2 (en) * 2001-07-13 2009-09-29 Xenogen Corporation Multi-view imaging apparatus

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6485413B1 (en) * 1991-04-29 2002-11-26 The General Hospital Corporation Methods and apparatus for forward-directed optical scanning instruments
US6615063B1 (en) * 2000-11-27 2003-09-02 The General Hospital Corporation Fluorescence-mediated molecular tomography
US7595838B2 (en) * 2001-07-13 2009-09-29 Xenogen Corporation Multi-view imaging apparatus
RU2368306C2 (en) * 2007-12-03 2009-09-27 Институт прикладной физики РАН Device for obtaining fluorescent tomographic images

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU230256U1 (en) * 2022-12-12 2024-11-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук" (ИОФ РАН) DEVICE WITH A LIGHT GUIDE FOR DETERMINING TUMOR LOCATION BY THE SPECTRAL-FLUORESCENCE METHOD

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4485686B2 (en) Endoscope with improved observation quality
JP4535697B2 (en) Endoscope device for light scattering observation of biological tissue
EP2108306B1 (en) Device and method for endoscopic 3D data creation
EP2108943B1 (en) Device and method for fluorescence imaging
US8046055B2 (en) Lymph node detector
KR20030033177A (en) Fluorescence endoscope apparatus and a method for imaging tissue within a body using the same
US20040147843A1 (en) System and method for determining tissue characteristics
EP1262763A2 (en) Spatially resolved optical measurements
US20070273877A1 (en) Examination Apparatus, Fluoroscopy Apparatus, Examination Method, And Experimental Method
US20100234684A1 (en) Multifunctional endoscopic device and methods employing said device
CN101828103A (en) Optical spectroscopic device for the identification of cervical cancer
US20090099460A1 (en) Method and device for the optical spectroscopic identification of cervical cancer
JP2008220977A (en) Methods and systems for tissue lesion characterization and mapping
GB2444855A (en) System for photodynamic diagnosis and therapy of skin diseases
WO2015186225A1 (en) Scan-type projection device, projection method, and surgery support system
JP2012508034A (en) High resolution digital video colposcope with built-in polarized LED illumination and computerized clinical data management system
JP2014115151A (en) Optical imaging device
US20120065519A1 (en) Method and system for collecting optical data for use in time resolved optical imaging of a turbid media
CA2956779A1 (en) Miniature multi-target optical imaging apparatus
RU206470U1 (en) A DEVICE WITH THE POSSIBILITY OF VIDEO-FLUORESCENT AND SPECTROSCOPIC ANALYSIS FOR CONTROL AND ASSESSMENT OF THE DISTRIBUTION OF PHOTOSENSITIZERS IN BIOTISSES
CN1301137A (en) Detection of Cancer Using Cellular Autofluorescence
WO2018198908A1 (en) Hair observation method, phase difference microscope system, and preparation
EP1857538B1 (en) Microscope apparatus and cell observation method
EP2228003A1 (en) Multifunctional endoscopic device and methods employing said device
JP2017138329A (en) Optical imaging device