Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD AND DEVICE FOR DIAGNOSING ONCOLOGICAL DISEASES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2006/080864
Kind Code:
A1
Abstract:
The inventive method consists in studying a weak aqueous solution of native plasma or a native blood serum of a patient with the aid of a laser correlation spectroscopy method (LCS). For this purpose three native plasma or a native blood serum solutions are prepared, wherein alkali is added to the first solution, an acid is added to the second solution and the third solution is exposed to a microwave action. A probability distribution density of fluctuation amplitude of light diffusion intensity in a frequency band of 1-180 Hz is determined for each said solution. A distribution kernel is disclosed and the following characteristic parameters thereof are defined: maximum position, maximum value, width and integral intensity and a diagnostic index equal to the correlation product of said characteristic parameters. When the diagnostic index falls outside the limits of a corresponding interval of allowed values which is admitted as a norm, an oncological disease or the high formation probability thereof are diagnosed. The inventive device is also provided with an UHF reactor. Said invention makes it possible to increase the responsivity and specificity of the method and to reduce the requirements in terms of a frequency of the device calibration by using the increased number of weakly intercorrellated diagnostic criteria, including nondimensionalised criteria.

Inventors:
ALEKSEEV SERGEI GRIGOREVICH (RU)
BRANDT NIKOLAI BORISOVICH (RU)
MAKHSON ANATOLY NAKHIMOVICH (RU)
SKORIKOV MIKHAIL VIKTOROVICH (RU)
Application Number:
PCT/RU2005/000166
Publication Date:
August 03, 2006
Filing Date:
April 04, 2005
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
ALEKSEEV SERGEI GRIGOREVICH (RU)
BRANDT NIKOLAI BORISOVICH (RU)
MAKHSON ANATOLY NAKHIMOVICH (RU)
SKORIKOV MIKHAIL VIKTOROVICH (RU)
International Classes:
G01N33/48
Domestic Patent References:
WO2004029623A12004-04-08
Foreign References:
RU2219549C12003-12-20
RU2108577C11998-04-10
RU2184486C22002-07-10
Attorney, Agent or Firm:
PATENT & LAW FIRM 'YUS' (Moscow, 9, RU)
Download PDF:
Claims:
1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ диагностики онкологических заболеваний, включающий последовательное исследование двух слабых водных растворов нативной плазмы или на тивной сыворотки крови пациента методом лазерной корреляционной спектроско пии (JIKC), при этом в один из упомянутых растворов добавляют щелочь, а в другой — кислоту, для каждого упомянутого раствора определяют вероятностную плотность распределения амплитуды флуктуации интенсивности светорассеяния в полосе частот 1 ÷ 180 Гц, выявляют ядро распределения и определяют его характеристические параметры: положение максимума, интегральное значение интенсивности, ширину, и комплексный диагностический показатель, равный корреляционному произведению упомянутых характеристических параметров, и при выходе значения комплексного диагностического показателя за пределы соответствующего интервала допустимых значений, принимаемого за норму, диагностируют онкологическое заболевание либо высокую вероятность его возникновения, отличающийся тем, что дополнительно приготавливают третий водный раствор нативной плазмы или нативной сыворотки крови, свободный от щелочи и кислоты, который подвергают . СВЧвоздействию, и определяют упомянутые характеристические параметры ядра распределения при СВЧвоздействии, а также упомянутый комплексный диагностический показатель с учетом СВЧвоздействия. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при определении комплексных диагностических показателей дополнительно находят характеристический параметр значение максимума плотности распределения амплитуды флуктуации интенсивности светорассеяния, и его вводят в комплексный диагностический показатель, как множитель корреляционного произведения упомянутых характеристических пара метров.
2. 3 Способ по п. 1, отличающийся тем, что определяют дополнительный диагностический показатель, в качестве которого используют отношение диагностических показателей, полученных при исследовании упомянутых растворов, в том чис ( ле, дополнительно определяют диагностические показатели относительного типа: СВЧ/щелочь, СВЧ/кислота.
3. 4 Устройство для диагностики онкологических заболеваний, содержащее лазерный источник света, предназначенный для освещения кюветы, корреляционный детектор, выполненный из двух приемников рассеянного света и коррелятора, приемники рассеянного света установлены с возможностью одновременного приема луча рассеянного, пропускаемого через кювету света от лазерного источника и преобразования лучей света в электрические сигналы, первый вход коррелятора подсоединен к выходу первого приемника, а его второй вход — к выходу второго приемника, при этом в корреляционном детекторе один из входов коррелятора подсоединен к выходу одного из приемников через блок задержки, время задержки которого выбрано большим времени корреляции собственных аппаратных шумов корреляционного детектора, анализатор, предназначенный для анализа корреляци онного сигнала, вход анализатора подсоединен к выходу коррелятора, причем анализатор выполнен обеспечивающим статический анализ амплитуд корреляционного сигнала с возможностью определения положения максимума (mF), интенсивности (I), ширины dF ядра плотности распределения амплитуд интенсивности светорассеяния корреляционного сигнала для размещенного в кювете водного раствора на тивной плазмы или нативной сыворотки крови с щелочью или с кислотой, и обеспечивающим вычисление диагностического показателя krG = (mF) х (dF) х (I), отличающееся тем, что введен СВЧреактор, выполненный обеспечивающим СВЧ воздействие на кювету с водным раствором нативной плазмы или нативной сыворотки крови, свободньм от щелочи или кислоты. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что введен дозатор, предназначенный для приготовления исходных водных растворов нативной плазмы или нативной сыворотки крови, а также добавления щелочи или кислоты в кювету с упомянутыми растворами.
4. 6 Устройство по п. 4, отличающееся тем, что анализатор выполнен из блока определения амплитудной плотности распределения и интенсивности светорассеяния, из блока определения максимума и положения максимума распределения; из блока определения ширины распределения, из блока определения диагностического критерия, из блока диагностики, причем вход блока определения амплитудной плотности распределения и интенсивности светорассеяния является входом анализатора, первый выход блока определения амплитудной плотности распределения и интенсивности светорассеяния соединен с входом блока определения максимума и положения максимума распределения и с первым входом блока определения ширины распределения, первый выход блока определения максимума и положения максимума распределения соединен с первым входом блока определения диагностического критерия, второй выход блока определения максимума и положения максимума распределения соединен со вторым входом блока определения ширины распределе ния, выход блока определения ширины распределения соединен со вторым входом блока определения диагностического критерия, второй выход блока определения амплитудной плотности распределения и интенсивности светорассеяния соединен с третьим входом блока определения диагностического критерия, выход которого подсоединен к входу блока диагностики. 7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что блок определения максимума и положения максимума снабжен третьим выходом и соединен с четвертым входом блока определения диагностического критерия для ввода значения (МАХ) максимума плотности распределения амплитуды флуктуации интенсивности светорассеяния в качестве множителя при вычислении диагностического показателя krG = (mF) х (dF) х (I) х (МАХ) в блоке определения диагностического критерия.
Description:
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ОНКОЛОГИЧЕСКИХ

ЗАБОЛЕВАНИЙ

Область техники

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано для диагностики онкологических заболеваний, особенно на ранней стадии, а также для оценки эффективности проводимого лечения.

Предшествующий уровень техники

• Известно, что развитие патологических процессов в организме человека сопровождается изменениями ряда молекулярных параметров в клетках и тканях, а также в важнейшей из биологических жидкостей - в крови, содержащей не только низко- и высокомолекулярные структуры альбуминов, глобулинов, липопротеи- дов (и т. д.), но и их агрегаты и комплексы. Кроме того, в крови непрерывно протекают иммунологические реакции, связанные с процессами агрегации и дезагрегации иммунных комплексов. В настоящее время для ранней диагностики онкологических заболеваний используется достаточно сложная и дорогостоящая лабораторная аппаратура типа ЯМР- и ЭПР -томографов, которая не может быть использована для массового профилактического обследования населения - скрининга.

Использование иммунологических специфических маркеров опухолей чело- века (иммуноферментного анализа сыворотки крови) для ранней диагностики онкологических заболеваний из-за крайне низкой диагностической эффективности на ранних стадиях заболевания, когда еще не в полной мере ясна нозология локализации опухолевого процесса (на 1-2 стадиях - 5 ÷ 10 %), достаточно большого времени выполнения и высокой стоимости тестов, также не отвечает задачам профи- лактического скрининга населения.

Известен способ диагностики онкологических заболеваний, включающий исследование слабого водного раствора нативной плазмы или нативной сыворотки крови пациента методом лазерной корреляционной спектроскопии (JIKC) (RU, 2132635, А 61 В 5/00). Известный способ основан на экспериментальной оценке ха- рактеристических параметров: частоты максимума (mF), интенсивности (I) и ширины (dF) выделяемого ядра характеристической спектральной функции динамического рассеяния света, где динамика флуктуации рассеянного света в слабых раство-

рах тестируемой нативной плазмы или нативной сыворотки крови обусловлена молекулярным движением макромолекул протеинов, их агрегатов и комплексов под воздействием тепловой энергии кТ (где к - Постоянная Больцмана, T - абсолютная тeмпepaтypa),пpeдcтaвляющим собой трансляционную и вращательную диффу- зии, характер которых зависит, в том числе, от эффективных размеров (молекулярной массы) и форм - фактора светорассеивающих макромолекул, а также от их межмолекулярного электростатического взаимодействия, обусловленного величиной и характером пространственного распределения зарядовых центров.

Количественный и субфракционный состав плазмы и сыворотки крови, а так- же характер межмолекулярного взаимодействия, определяющие молекулярную динамику в тестируемом растворе, находятся в сильной корреляционной зависимости от системы гомеостаза, функциональное состояние которой непосредственно связано с физиологическим состоянием основных биосистем жизнеобеспечения. Поэтому любые изменения физиологического состояния организма, тем более патологи- ческие процессы, сопровождаются изменениями указанных выше физических параметров плазмы и сыворотки крови, влекут за собой соответствующие изменения структуры молекулярной динамики в тестируемых растворах.

Поскольку структура молекулярной динамики адекватна структуре наблюдаемого рассеянного света, то по отклонениям значений характеристических пара- метров светорассеяния тестируемого раствора от значений аналогичных параметров для типа пациентов «пpaктичecки здopoвый», принимаемых за «нopмy», представляется возможным судить о наличии или отсутствии патологических процессов в обследуемом организме.

В известном изобретении диагностику осуществляют по частоте максимума огибающей спектрального ядра и отношению его интенсивности к его полуширине. Однако, в связи с тем, что в известном способе реализован параметрический компарационный алгоритм диагностирования всего лишь по двум параметрам, достоверность диагностики по известному методу не во всех случаях достаточно верна. Отвечая задачам скрининга, данный известный метод имеет существенный недостаток, обусловленный тем, что диагностика основана на экспериментальной оценке абсолютных значений диагностических показателей mF, dF и I, что требует

частой калибровки измерительной части диагностического комплекса, необходимой для обеспечения единства измерений.

Известно устройство диагностики онкологических заболеваний человека с помощью СВЧ-излучения, содержащее СВЧ-реактор, предназначенный для воздей- ствия на ткань человека (RU, 2085112, А 61 В 5/04).

В этом устройстве диагностика основана на сравнении поляризационных характеристик СВЧ-излучений, прошедших через здоровую и патологические ткани.

Известно так же устройство диагностики онкологических заболеваний с помощью СВЧ-излучения, содержащее два тракта одновременного СВЧ- воздействия, на образцы пораженной и непораженной опухолью ткани, одновременно взятые у одного и того же пациента, где диагностика осуществляется на основе анализа разностного СВЧ-спектра поглощения. (US, 3956695, GOlR 27/04)

Существенным общим недостатком этих двух изобретений, использующих СВЧ-излучение, является необходимость предварительного определения факта на- личия и локализации опухоли, а также достаточно болезненная для пациента процедура получения исследуемого биоматериала, что полностью исключает возможность их применения для решения задачи массового профилактического скрининга населения.

Наиболее близким способом, относительно предлагаемого, является способ диагностики онкологических заболеваний, включающий последовательное исследование двух слабых водных растворов пациента методом лазерной корреляционной спектроскопии (JIKC), с соответствующим добавлением в приготовленные растворы третьих компонент - щелочи и кислоты, где для каждого упомянутого раствора определяют вероятностную плотность распределения амплитуды флуктуации интен- сивности светорассеяния в полосе частот 1 ÷ 180 Гц, выявляют ядро распределения и определяют его характеристические параметры: положение максимума, интенсивность, ширину и диагностический показатель, равный корреляционному произведению упомянутых характеристических параметров, и при выходе значения диагностического показателя за пределы соответствующего интервала допустимых значе- ний, принимаемого за норму, диагностируют онкологическое заболевание либо высокую вероятность возникновения онкологического заболевания (WO 2004/029623, Al).

Данный способ позволяет улучшить эффективность диагностики, однако его существенным ограничением является образование в тестируемых растворах крупных дипольных кластеров заряженных макромолекул белков, экранирующих более мелкие объекты светорассеяния, что приводит к искаженному представлению фракционного состава исследуемой нативной плазмы или нативной сыворотки крови, что, в свою очередь, приводит к снижению эффективности диагностики (Петрова Г.П., Петрусевич Ю.M., Алексеев C.Г., Иванов А.В. Метод рэлеевского рассеяния в диагностике онкологических заболеваний. Медицинская физика (сборник научных трудов), Физ. фак. МГУ им. M.B.Лoмoнocoвa,2002,cтp. 162). Известно также устройство для диагностики онкологических заболеваний, представляющее собой лазерный двухканальный взаимокорреляционный фотометр рассеянного света гомодинного типа, содержащее лазерный источник света, предназначенный для освещения кюветы с исследуемыми растворами, корреляционный детектор, выполненный из двух приемников рассеянного света, симметрично уста- новленных под углом 90 градусов относительно луча лазерного источника света, и коррелятора, приемники рассеянного света установлены с возможностью одновременного приема света, рассеянного исследуемыми растворами, и преобразования рассеянного света в электрические сигналы, первый вход коррелятора подсоединен к выходу первого приемника, а его второй вход — к выходу второго приемника, при этом в корреляционном детекторе один из входов коррелятора подсоединен к выходу одного из приемников через блок задержки, время задержки которого выбрано большим времени корреляции собственных аппаратных шумов корреляционного детектора, анализатор, предназначенный для анализа корреляционного сигнала рассеянного света, вход анализатора подсоединен к выходу коррелятора, причем анали- затор выполнен обеспечивающим статический анализ амплитуд корреляционного сигнала с возможностью определения положения максимума (mF), интенсивности (I), ширины dF ядра плотности распределения амплитуд корреляционного сигнала динамического светорассеяния для размещенного в кювете водного раствора нативной плазмы или нативной сыворотки крови с добавлением щелочи или кислоты, и обеспечивающим вычисление диагностического показателя, равного корреляционному произведению упомянутых характеристических параметров, и при выходе значения диагностического показателя за пределы соответствующего интервала до-

пустимых значений, принимаемого за норму, диагностируют онкологическое заболевание либо высокую вероятность его возникновения (WO 2004/029623, Al).

Раскрытие изобретения

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания способа диаг- ностики онкологических заболеваний, который увеличивает информативность определяемой характеристической функции динамического светорассеяния тестируемыми растворами за счет разрушения образовавшихся крупных кластеров, что, в свою очередь, позволяет повысить достоверность диагностики, а также создание устройства диагностики онкологических, которое обеспечивает повышение точно- сти измерений, улучшение качества и надежности диагностики, и, таким образом, удается повышение эффективность диагностики для цели профилактического скрининга населения (формирования групп повышенного онкориска с последующим мониторингом).

Для решения поставленной задачи в известном способе диагностики онколо- гических заболеваний, включающем последовательное исследование двух слабых водных растворов нативной плазмы или нативной сыворотки крови пациента методом лазерной корреляционной спектроскопии (JIKC), при этом в один из упомянутых растворов добавляют щелочь, а в другой - кислоту, для каждого упомянутого раствора определяют вероятностную плотность распределения амплитуды флуктуа- ций интенсивности светорассеяния в полосе частот 1 ÷ 180 Гц, выявляют ядро распределения и определяют его характеристические параметры: положение максимума, интегральное значение интенсивности, ширину, и комплексный диагностический показатель, равный корреляционному произведению упомянутых характеристических параметров, и при выходе значения комплексного диагностического по- казателя за пределы соответствующего интервала допустимых значений, принимаемого за норму, диагностируют онкологическое заболевание либо высокую вероятность его возникновения, согласно изобретению дополнительно приготавливают третий водный раствор нативной плазмы или нативной сыворотки крови, свободный от щелочи и кислоты, который подвергают СВЧ-воздействию, и определяют упомя- нутые характеристические параметры ядра распределения при СВЧ-воздействии, а также упомянутый комплексный диагностический показатель с учетом СВЧ- воздействия.

Возможны дополнительные варианты осуществления способа, в которых целесообразно, чтобы:

- при определении комплексных диагностических показателей дополнительно находили характеристический параметр - значение максимума плотности рас- пределения амплитуды флуктуации интенсивности светорассеяния, и его вводят в комплексный диагностический показатель, как множитель корреляционного произведения упомянутых характеристических параметров;

- определяли дополнительный диагностический показатель, в качестве которого используют отношение диагностических показателей, полученных при иссле- довании упомянутых растворов, в том числе, дополнительно определяют диагностические показатели относительного типа: СВЧ/щелочь, СВЧ/кислота.

В предлагаемом методе принципиально важный недостаток аналогов устраняется за счет введения дополнительной технологической операции, представляющей собой СВЧ-воздействие на тестируемый раствор, приводящий к частичному разрушению в нем крупных дипольных кластеров заряженных макромолекул белков, экранирующих более мелкие объекты светорассеяния, что приводит к значительному увеличению информативности определяемой характеристической функции динамического светорассеяния, и, в свою очередь, позволяет повысить достоверность диагностики. Для решения поставленной задачи в известном устройстве для диагностики онкологических заболеваний, содержащем лазерный источник света, предназначенный для освещения кюветы, корреляционный детектор, выполненный из двух приемников рассеянного света и коррелятора, приемники рассеянного света установлены с возможностью одновременного приема луча рассеянного, пропускаемого че- рез кювету света от лазерного источника и преобразования лучей света в электрические сигналы, первый вход коррелятора подсоединен к выходу первого приемника, а его второй вход - к выходу второго приемника, при этом в корреляционном детекторе один из входов коррелятора подсоединен к выходу одного из приемников через блок задержки, время задержки которого выбрано большим времени корреля- ции собственных аппаратных шумов корреляционного детектора, анализатор, предназначенный для анализа корреляционного сигнала, вход анализатора подсоединен к выходу коррелятора, причем анализатор выполнен обеспечивающим статический

анализ амплитуд корреляционного сигнала с возможностью определения положения максимума (mF), интенсивности (I), ширины dF ядра плотности распределения амплитуд интенсивности светорассеяния корреляционного сигнала для размещенного в кювете водного раствора нативной плазмы или нативной сыворотки крови с щело- чью или с кислотой, и обеспечивающим вычисление диагностического показателя krG = (mF) х (dF) х (I), согласно изобретению введен СВЧ-реактор, выполненный обеспечивающим СВЧ воздействие на кювету с водным раствором нативной плазмы или нативной сыворотки крови, свободным от щелочи или кислоты.

Возможны дополнительные варианты выполнения устройства, в которых це- лесообразно, чтобы:

- был введен дозатор, предназначенный для приготовления исходных водных растворов нативной плазмы или нативной сыворотки крови, а также добавления щелочи или кислоты в кювету с упомянутыми растворами;

- анализатор был выполнен из блока определения амплитудной плотности распределения и интенсивности светорассеяния, из блока определения максимума и положения максимума распределения, из блока определения ширины распределения, из блока определения диагностического критерия, из блока диагностики, причем вход блока определения амплитудной плотности распределения и интенсивности светорассеяния является входом анализатора, первый выход блока определения амплитудной плотности распределения и интенсивности светорассеяния соединен с входом блока определения максимума и положения максимума распределения и с первым входом блока определения ширины распределения, первый выход блока определения максимума и положения максимума распределения соединен с первым входом блока определения диагностического критерия, второй выход блока опре- деления максимума и положения максимума распределения соединен со вторым входом блока определения ширины распределения, выход блока определения ширины распределения соединен со вторым входом блока определения диагностического критерия, второй выход блока определения амплитудной плотности распределения и интенсивности светорассеяния соединен с третьим входом блока опреде- ления диагностического критерия, выход которого подсоединен к входу блока диагностики.

В дополнение к последнему варианту выполнения устройства блок определения максимума и положения максимума может быть снабжен третьим выходом и соединен с четвертым входом блока определения диагностического критерия для ввода значения (МАХ) максимума плотности распределения амплитуды флуктуации интенсивности светорассеяния в качестве множителя при вычислении диагностического показателя krG = (mF) х (dF) х (I) х (МАХ) в блоке определения диагностического критерия.

С целью устранения недостатка, обусловленного наличием в тестируемых растворах крупных дипольных кластеров заряженных макромолекул белков, экра- нирующих более мелкие объекты светорассеяния, в известное устройство дополнительно введен СВЧ-реактор, обеспечивающий СВЧ-воздействие на тестируемый раствор, свободный от щелочи и кислоты. Воздействие переменного высокочастотного электромагнитного поля с одновременным увеличением тепловой энергии кТ приводит к частичному разрушению образовавшихся в нем крупных кластеров, что, позволяет существенно улучшить информативность определяемой характеристической функции динамического светорассеяния, и, в свою очередь, позволяет повысить точность измерений и улучшить качество и надежность диагностики.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются лучшим вариантом его выполнения со ссылками на прилагаемые фигуры. Краткий перечень чертежей

Фигура 1 представляет схематическое изображение взаимодействия ионов с различными ионными радиусами с заряженными группами на поверхности белковой молекулы. Внизу изображена вероятная форма дипольного кластера;

Фиг.2 изображает усредненные вероятностные плотности распределения ам- плитуд динамического светорассеяния растворами нативной сыворотки крови в присутствии компонент - щелочи, кислоты, а также после СВЧ-воздействияj для двух групп пациентов, обследованных в режиме скрининга: I группа (41 человек) - добровольцы (без злокачественных и доброкачественных опухолей); II группа

(152чeлoвeкa) - онкологические больные (тонкая линия - добровольцы, толстая ли- ния - онкобо льные) ;

Фиг.З представляет топологическую диагностическую карту результата обследования для I группы пациентов (41 человек - добровольцы без злокачественных

и доброкачественных опухолей), где по оси X отложены значения диагностического показателя вида ICrGl = mFl х dFl х Il х MAXl (по щелочи), а по оси Y - среднее значение диагностических показателей KrG2 (по кислоте) и КrGЗ (по СВЧ), в децибелах (dВ); Фиг. 4 представляет топологическую диагностическую карту результата обследования для II группы пациентов (152 человека - онкобольные), где по оси X отложены значения диагностического показателя вида KIrGl = mFl х dFl х Il х MAXl (по щелочи), а по оси Y - произведение значений диагностических показателей того же вида KrG2 (по кислоте) и КrGЗ (по СВЧ), в децибелах (dВ); Фиг.5 изображает функциональную схему устройства с блок-схемой статистического анализатора;

Фиг. 6 — блок определения амплитудной плотности распределения и интенсивности светорассеяния на фиг. 5;

Фиг. 7 — блок определения максимума и положения максимума на фиг. 5; Фиг. 8 - блок определения ширины распределения на фиг. 5;

Фиг. 9 — блок определения диагностического критерия на фиг. 5; Фиг. 10 - блок диагностики на фиг: 5;

Лучший вариант осуществления изобретения

Предложенный способ диагностики онкологических заболеваний представ- ляет собой следующую последовательность операций:

A) приготовление трех слабых водных растворов исследуемой нативной плазмы или нативной сыворотки крови обследуемого пациента путем добавления 250 мкл нативной плазмы или нативной сыворотки крови к 5мл дистиллированной воды; Б) добавление к первому из растворов 125 мкл 0,02M (0,02 моля на литр) водного раствора щелочи (NaOH) с последующей экспериментальной оценкой параметров динамического рассеяния света (mF, dF, I и МАХ) для данного раствора;

B) добавление ко второму раствору 125 мкл 0,27M (0,027 моля на литр) водного раствора кислоты (СНЗ COOH) с последующей экспериментальной оценкой параметров динамического рассеяния света (mF, dF, I и МАХ) для данного раствора;

Г) третий раствор, подготовленный по А), подвергают СВЧ-воздействию в течение 10-12 секунд на частоте 2100-2300 МГц при мощности 1-3 ватт/см 3 с после-

дующей экспериментальной оценкой параметров динамического рассеяния света (mF, dF, I и МАХ) для данного раствора;

Д) определение значений комплексных диагностических показателей вида KrG j = mFj х dFj х Ij х MAXj для всех растворов В) - Г); E) сравнение полученных диагностических показателей KrG j с соответствующими граничными значениями допустимого интервала «HOPMAj», где интервал значений «HOPMAj» определяется предварительно по экспериментальной статистически представительной базе данных обследованных данным методом пациентов, содержащей диагностические показатели как клинически верифицированных онкологических больных, так и неонкологических больных, а также практически здоровых;

Ж) определение наличия или высокой вероятности возникновения онкологического заболевания осуществляется по факту выхода полученных значений KrG j за пределы допустимого интервала значений «HOPMЫj», характерной для практиче- ски здоровых и больных не онкологическими заболеваниями людей.

Применение СВЧ-воздействия, приводящего к разрушению дипольных кластеров (фиг. 1), позволяет производить оценку параметров динамического рассеяния света в условиях отсутствия крупных дипольных кластеров заряженных макромолекул белков, оптически экранирующих более мелкие объекты светорассеяния, среди которых, например, могут находиться фрагменты иммуноглобулинов, которые, как известно, являются маркерами онкологических заболеваний, что приводит к улучшению отражения фракционного состава исследуемого раствора. Допустимый диапазон значений параметров СВЧ-воздействия определялся в процессе экспериментальных исследований как на модельных, так и натурных растворах нативной на- тивной сыворотки крови, и выбирался так, чтобы при условии получения положительного эффекта исключалась денатурация глобулярных белков. Приведенные в Г) значения совокупности параметров СВЧ-воздействия с этой точки зрения являются наилучшими, однако, специалистам понятно, что эти параметры, например, частота и мощность СВЧ-излучения могут быть должным образом изменены. Кроме того, совместное использование третьих компонент при исследовании растворов методом лазерной корреляционной спектроскопии (JTKC) - щелочи, кислоты и СВЧ-воздействия позволяет получать дополнительные диагностические по-

казатели, в том числе, относительного типа (СВЧ/щелочь, СВЧ/кислота), что приводит к автонормированию аппаратных шумов и устраняет необходимость частой калибровки измерительной части устройства, а также повышению достоверности диагностики. Клинические испытания метода в соответствии с настоящим изобретением были проведены в Московской городской онкологической больнице N° 62, где в режиме скрининга двойным слепым методом было обследовано 293 человека:

• - группа I в составе 41 человека - добровольцы (без наличия онкозаболеваний); - группа II в составе 252 человека - клинически верифицированные онкологические больные в основном на 1-2 и 3 стадиях заболевания (рак молочной железы; рак щитовидной железы, рак легких, рак желудка, рак яичников, рак тела матки и другие виды онкологических заболеваний).

Испытания проводилась на основе сыворотки крови iп vitrо с применением третьих компонент - щелочи и кислоты, а также СВЧ-воздействия. В качестве СВЧ- реактора применялась СВЧ печь с таймером, где тестируемый раствор облучался течении 10 секунд на частоте 2100-2300 МГц при мощности 1-3 ватт/см 3 .

" Диагностика осуществлялась на основе трех комплексных диагностических показателей вида KrGj = mFj х dFj х Ij х MAXj (j=l,2,3 - для щелочи, кислоты и СВЧ соответственно), а также трех показателей относительного вида (кислота/щелочь, СВЧ/щелочь, СВЧ/кислота), полученных в процессе тестирования пациентов.

Решение о наличии у тестируемого пациента онкологического заболевания (собственно диагностика) производилась по наблюдаемому факту выхода значения хотя бы одного из шести используемых диагностических показателей за границы соответствующего интервала допустимых значений, принятых за норму. Значения диагностических показателей нормировались на значения нижнего предела для соответствующей НОРМЫ и представлялись в децибелах, где, например, 0 dВ - соответствует диагностической ситуации, когда значение диагностического показателя совпадает со значением нижней границы НОРМЫ, -2OdB - в 10 раз меньше НОРМЫ, +2OdB- в 10 раз больше значения нижней границы НОРМЫ.

На фиг. 2 совместно представлены натурные усредненные вероятностные плотности распределения амплитуд динамического светорассеяния тестируемыми

растворами нативной сыворотки крови в присутствии третьих компонент - щелочи, кислоты, а также после СВЧ-воздействия, для двух групп пациентов, обследованных в режиме скрининга: I группа (41 человек) - добровольцы (без злокачественных и доброкачественных опухолей); II группа (252 человека) — онкологические больные, где тонкая линия - по добровольцам, толстая линия - по онкобольным, в пределах рабочего динамического диапазона с учетом компенсации фоновых помех. При парном рассмотрении наблюдается их отличие: по положению максимума, по значению максимума, по ширине и по интегральной интенсивности (особенно по кислоте), что является иллюстрацией основы и реализуемости предлагаемого мето- да диагностики. Поскольку визуализация шести параметрической диагностики весьма затруднена, поэтому представляется целесообразным графическое представление результатов диагностики осуществлять в виде топологических карт, где, например, по оси X откладывается один из выбранных комплексных диагностических показателей, а по оси Y-корреляционное произведение двух других диагности- ческих показателей. Аналогичным образом можно построить топологическую диагностическую карту и по диагностическим показателям относительного типа. В качестве примера на фиг. 3, представлена топологическая диагностическая карта результата обследования для I группы пациентов (41 человек - добровольцы без злокачественных и доброкачественных опухолей), где по оси X отложены значения ди- агностического показателя вида KrGl = mFl х dFl х Il х MAXl (по щелочи), а по оси Y - произведение значений диагностических показателей KrG2 (по кислоте) и КгGЗ (по СВЧ), в децибелах (dВ). Из рассмотрения диагностической карты следует, что из 41 обследованного добровольца только у одного из них наблюдался факт выхода за пределы НОРМЫ. На фиг.4 в тех же осях X и Y представлена топологиче- екая диагностическая карта результата обследования для II группы пациентов (252 человека — онкобольные). Из рассмотрения диагностической карты следует, что из 252 обследованных онкобольных только у 25 из них не наблюдался факт выхода за пределы НОРМЫ. При этом в сектор НОРМЫ, ограниченный осями X 3 Y и дугой, попали 2 добровольца и 9 онкобольных. В том случае, если этот сектор исключить из НОРМЫ, то в объеме проведенных испытаний эффективность диагностики по чувствительности и специфичности составила 93,6% и 92,7 %, соответственно, что отвечает задачам скрининга. В процессе испытаний были случаи обследования он-

кологических больных с начальными стадиями заболеваний до операции и через 10- 15 дней после операции. При этом наблюдалась положительная динамика в изменении диагностических показателей (их приближение к нижней границы НОРМЫ), что соответствовало клинически наблюдаемым ремиссионным признакам. Устройство, обеспечивающее реализацию предлагаемого способа диагностики онкологических заболеваний (фиг. 5) содержит лазерный источник света 1, предназначенный для освещения кюветы 2 с исследуемыми растворами, и корреляционный детектор 3. Корреляционный детектор 3 выполнен из двух приемников рассеянного света 4 и 5, симметрично установленных под углом 90 градусов относи- тельно луча лазерного источника света 1, из коррелятора 6, первый вход которого подсоединен к выходу первого приемника 4, а второй вход через блок временной задержки 7, превышающей время корреляции собственных аппаратных шумов корреляционного детектора 3, подсоединен к выходу второго приемника 5, а также анализатор 8, предназначенный для статистического анализа корреляционного сиг- нала рассеянного света. На фиг. 5 также показан дозатор 9 для щелочи и кислоты, с помощью которого приготавливают исходные водные растворы нативной плазмы или нативной сыворотки крови, а также добавляют щелочь или кислоту в кювету 2..

Анализатор 8 также как в ближайшем аналоге (WO 2004/029623, Al) может быть выполнен по различным функциональным схемам. В частности анализатор 8 может быть выполнен из блока 10 определения амплитудной плотности распределения и интенсивности светорассеяния, из блока 20 определения максимума и положения максимума распределения, из блока 30 определения ширины распределения, из блока 40 определения диагностического критерия, из блока 50 диагностики (фиг. 5). Вход блока 10 является входом анализатора 7. Первый выход блока 10 соединен с входом блока 20 и с первым входом блока 30. Первый выход блока 20 соединен с первым входом блока 40. Второй выход блока 20 соединен со вторым входом блока 30. Выход блока 30 соединен со вторым входом блока 40. Второй выход блока 10 соединен с третьим входом блока 40. Выход блока 40 подсоединен к входу блока 50. Блоки 10, 20, 30, 40, 50 также могут быть выполнены по различным функцио- нал ьными схемами.

Особенностью заявленного устройства является введение СВЧ-реактора 51, выполненного обеспечивающим СВЧ воздействие на кювету 2 с водным раствором

нативной плазмы или нативной сыворотки крови, свободным от щелочи или кислоты. СВЧ-реактор 51, может быть снабжен таймером 52 для фиксирования времени воздействия СВЧ излучения на раствор.

В зависимости от используемой технической базы и конкретных функцио- нальных схем, применяемых для реализации анализатора 8, возможны различные его структурные схемы, и представленная функциональная схема анализатора 8 не исчерпывает всех возможностей его воплощения. Специалистам понятно, что приведенные функциональные схемы являются лишь возможным и не единственным вариантом изготовления анализатора 8. Допустимы и другие варианты функцио- нальных схем анализатора 8, определяемые различными техническими средствами для его осуществления. Представленные функциональные схемы (фиг. 6-10) известны из технического решения (WO 2004/029623). Работа производится совершенно идентично (WO 2004/029623, Al) с учетом того, что сначала измерения проводят для раствора со щелочью, затем для раствора с кислотой, а потом — для раствора, подвергнутого СВЧ воздействию. Как видно из сравнения блок-схем (фиг. 6-10) заявленного технического решения и известного (WO 2004/029623, Al) эти схемы практически одинаковы и их реализация раскрыта на дату подачи заявленного технического решения. Ознакомиться с их работой можно из указанного источника информации, поэтому в данной заявке нецелесообразно повторно подробно описы- вать их функционирование.

Отличительной особенность заявленного решения, кроме введения СВЧ реактора 51, является также то, что блок 20 определения максимума и положения максимума снабжен третьим выходом и соединен с четвертым входом блока 40 определения диагностического критерия для ввода значения (МАХ) максимума плотности распределения амплитуды флуктуации интенсивности светорассеяния в качестве множителя при вычислении диагностического показателя krG = (mF) х (dF)χ ' (I) х (МАХ) в блоке 40 определения диагностического критерия. Дополнительное введение значения (МАХ) максимума плотности распределения амплитуды флуктуации интенсивности светорассеяния в качестве множителя при вычислении диагностиче- ского показателя krG позволяет улучшить достоверность диагностики за счет введения дополнительного характеристического параметра, обусловливающего вероятность возникновения онкологического заболевания. При этом функциональная схе-

мы блоков 20 и 40 практически не меняются, а используется дополнительная связь с соответствующего регистра, в котором хранится информация о величине максимума плотности распределения (см. фиг. 5, 7 и фиг. 9 заявленного технического решения и соответствующие фигуры для этих блоков известного технического решения по WO 2004/029623).

Работа устройства (фиг. 5) полностью соответствует описанному ранее заявленному способу.

При тестировании каждого пациента с использованием дозатора 9 проводится приготовление трех исходных слабых водных растворов исследуемой нативной плазмы или нативной сыворотки крови обследуемого пациента путем добавления 250 мкл нативной плазмы или нативной сыворотки крови к 5мл дистиллированной воды.

Затем к первому из растворов добавляют водный раствор щелочи (NaOH). Приготовленный таким образом раствор помещают в измерительную кювету 2. Рас- сеянный свет, образующийся в процессе прохождения лазерного луча от лазерного источника света 1, одновременно принимают приемниками 4 и 5, где осуществляется его преобразование в аналоговые электрические сигналы. Один сигнал подают на первый вход коррелятора 6, а другой сигнал, задержанный в блоке 7 на величину времени t, большую, чем время корреляции собственных шумов приемников 4 и 5 подают на второй вход коррелятора 6. Корреляционный сигнал подают на вход статистического анализатора 8. При помощи анализатора 8 получают экспериментальную оценку значений характеристических параметров динамического рассеяния света (mFl, dFl, Il и МАХ) данным раствором и на их основе значение соответствующего комплексного диагностического показателя KrGl=Ф(mFl,dFl,Il,MAXl), например, в виде корреляционного произведения KrGl = (mFl) х (dFl) х (II) х (MAXl).

После ЭТОГО, КО второму исходному раствору исследуемой нативной плазмы или нативной сыворотки крови добавляют водный раствор кислоты (СНЗ COOH). Последующая экспериментальная оценка характеристических параметров динами- ческого светорассеяния этого раствора (mF2,dF2,I2 ,MAX2и KrG2 на их основе) проводится аналогично первому раствору.

После этого третий исходный раствор исследуемой нативной плазмы или на- тивной сыворотки крови подвергают дозированному СВЧ-воздействию в СВЧ- реакторе 51 с таймером 52 течении 10-12 секунд. СВЧ-реактор 51 может быть выполнен в виде микроволновой СВЧ печи или в виде специализированного устройст- ва, снабженного СВЧ генератором и таймером 52. Последующая экспериментальная оценка характеристических параметров динамического светорассеяния данным раствором (mFЗ,dFЗ,IЗ,MAXЗи КrGЗ на их основе) проводится аналогично первому и второму растворам.

После завершения процедуры определения характеристических показателей по всем трем растворам проводят сравнение полученных диагностических показателей KrG j с соответствующими граничными значениями допустимого интервала «HOPMAj», где интервал значений «HOPMAj» определяется предварительно по экспериментальной статистически представительной базе данных обследованных данным методом пациентов, содержащей диагностические показатели как клиниче- ски верифицированных онкологических больных, так и неонкологических больных, а также практически здоровых. Определение наличия или высокой вероятности возникновения онкологического заболевания проводят по наличию факта выхода полученных значений KrGj за пределы допустимого интервала значений «HOPMЫj», характерной для практически здоровых и больных не онкологическими заболева- ниями людей.

Оптическая часть данного устройства реализуется по гомодинной схеме, исключающей использование гетеродина, что приводит к существенному ее упрощению. Применение в данном устройстве взаимнокорреляционного детектирования сигнала рассеянного света, содержащего временную задержку, дает улучшение от- ношения сигнал/шум примерно в 1,4 ÷ 2,0 раза, что естественно повышает статистическую надежность экспериментальной оценки характеристических параметров, используемых при диагностике амплитуд корреляционных сигналов.

Работа блока 10 (фиг. 6) определения амплитудной плотности распределения и интенсивности светорассеяния и блока 30 (фиг. 8) определения ширины распреде- ления практически не изменилась.

Применительно к осуществлению заявленного способа по одному из дополнительных вариантов его осуществления с использованием значения (МАХ) макси-

мума плотности распределения амплитуды флуктуации интенсивности светорассеяния блок 20 работает следующим образом (фиг. 7).

Сигналом начальной установки НУ производится обнуление счетчика СЧ M 209, второго регистра P 203 и установка кодового коммутатора KK 201 дискретных значений плотности распределения в объеме M в начальное положение. При наличии разрешающего сигнала KPБ1 на входе первого логического элемента И 210 первым тактовым импульсом ТИ осуществляется увеличение содержимого счетчика СЧ M 209 на +1 и коммутацию KK 201 выхода первого СЧ 105 из группы счетчиков плотности распределения блока 10 (фиг. 6) на вход первого P 202. Затем коды с пер- вого и второго регистров P 202 и P 203 поступают на соответствующие цифровые входы первого ЦАП 205 и второго ЦАП 206, а их аналоговые эквиваленты соответственно поступают на вход сравнения (б) и опорный вход (а) компаратора КОМП 208. В том случае, когда сигнал на входе (б) больше сигнала на входе (а) на выходе компаратора КОМП 208 появляется признак, поступающий на разрешающие входы логических элементов И 211 и И 212, обеспечивающий- перезапись содержимого первого регистра P 202 в регистр P 203 и содержимого СЧ M в третий регистр P 204. В противном случае содержимое P 203 и P 204 остается без изменения. При поступлении очередного тактового импульса ТИ работа блока 2 осуществляется аналогичным образом. При этом содержимое регистров P 203 и P 204 представляет собой соответственно значения текущего максимума плотности распределения и порядкового номера максимальной дискреты, определяющего его положение. Значение максимума (МАХ) плотности распределения соответственно с регистра P 203 через логический элемент И 213 подается на четвертый вход блока 40 (фиг. 5). Как видно работа бло- ка 20 (фиг. 7) практически не изменилась по сравнению с техническим решением WO 2004/029623, производится лишь дополнительное выделение значения (МАХ) с регистра 203.

После коммутации последней составляющей плотности распределения на служебном управляющем выходе KK 201 вырабатывается признак конца цикла коммутации КЦ, поступающий на разрешающий второй вход логического элемента И 213, обеспечивающий запись содержимого P 203 в регистр сдвига РСД 207 с последующим сдвигом вправо, где каждый единичный сдвиг вправо эквивалентен де-

лению содержимого РСД 207 на 2. При сдвигах на один, два, три двоичных разрядов вправо содержимое РСД 207 соответственно составляет значения 0,5max, 0,25max, 0,125max от максимальной величины значений плотности распределения, одно из которых используется в блоке 30 (фиг. 8) для определения ширины плотности рас- пределения dF на заданном уровне. Сигнал конца сдвигов в РСД 207 с его управляющего выхода является признаком KPБ2 окончания работы блока 20 и разрешающим работу блока 30.

Применительно к осуществлению предлагаемого способа блок 40 определения диагностического критерия диагностики (фиг. 5, 9) работает аналогично извест- ному следующим образом.

При наличии признаков KPБ1, KPБ2, КРБЗ конца работы блоков 10, 20, 30 значения характеристических параметров плотности распределения I 5 mF, dF и МАХ через соответствующие логические элементы И 401, И 402, И 403, И407 поступают на соответствующие входы умножителей УМ 404, УМ 405 и УМ 408. На выходе УМ 405 формируется значение диагностического критерия krG.

Снимаемые с выхода УМ 405 значения запоминаются в ЗУ 406 для поочередно выполняемых измерений растворов со щелочью krGl, кислотой krG2 и раствора, подвергнутого воздействию СВЧ кrGЗ. Как видно работа, это функциональной схемы практически не изменилась, производится лишь дополнительное умножение мно- жителя (МАХ) при вычислении диагностического показателя krG.

Применительно к осуществлению предлагаемого способа блок 50 диагностики (фиг. 5, 10) работает аналогично известному следующим образом.

В постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) занесены значения констант для показателей максимального и минимального значений НОРМЫ - (mах-miп), образуя, соответственно, выходы mах и miп ПЗУ с ЦАП 508. При этом выход мах подсоединен к опорному второму входу компаратора КОМП 506, а выход miп ' соединен с первым входом сравнения компаратора КОМП 507.

Полученное в блоке 40 значение диагностического критерия KrG поступает на вход сравнения (б) первого компаратора КОМП 506 и опорный вход второго компаратора КОМП 507. Одновременно с этим на опорный вход (а) первого компаратора КОМП 506 подается значение верхнего предела нормы (мах), а на вход

сравнения (б) второго компаратора КОМП 507 значение нижнего предела нормы (miп).

Признаки результатов компарирования поступают на логический элемент ИЛИ 509, выход которого подключен к соответствующему входу логического эле- мента сравнения с нулем CC 501. В том случае, когда одновременно значение диагностического критерия меньше mах нормы и больше miп нормы, на выходе схемы совпадения CC появляется признак сравнения с нулем, что является признаком отсутствия заболевания (Нет). В других случаях признак сравнения с нулем отсутствует, что в свою очередь является признаком наличия заболевания (Да). Данная процедура диагностики выполняется по всем диагностическим показателям KrG как для щелочи, кислоты и СВЧ, так и других диагностических показателей относительного вида (кислота/щелочь, СВЧ/щелочь, СВЧ/кислота). При этом количество двоичных разрядов отличных от нуля, соответствующее числу диагностических критериев, значения которых лежат за пределами нормы, дает воз- можность получить количественную оценку надежности диагностики наличия забо- левания (Кол-во.), что является положительной особенностью заявленного технического решения.

Устройство не требует постоянного нормирования текущих характеристических параметров относительно характеристических показателей режима НОРМА. В блок 50 диагностики, являющийся блоком определения комплексных диагностических показателей, дополнительно введены два делителя для обеспечения определения дополнительных диагностических показателей относительного типа: СВЧ/щелочь, СВЧ/кислота, что приводит к автонормированию аппаратных шумов, устраняющему необходимость частой калибровки измерительной части устройства, а также увеличивает количество диагностических показателей.

Способ и устройство для его реализации в соответствии с настоящим изобретением характеризуются высокой степенью автоматизации процесса диагностики, полностью исключающей влияние оператора на результаты тестирования, экспресс- ностью (время тестирования составляет 8 ÷ 10 минут), не требует применения доро- гостоящих оборудования и препаративного обеспечения, может обслуживаться одним оператором средней квалификации. Процесс тестирования полностью исклю-

чает контакт с обследуемым пациентом и является совершенно безопасным для его здоровья.

Метод позволяет осуществлять текущий контроль эффективности проводимого лечения, а также проводить диагностику по другим биологическим жидкостям, например по лимфе и др.

Промышленная применимость

Способ и устройство в соответствии с настоящим изобретением могут быть использованы в диагностических центрах, в клинических и научно- исследовательских лабораториях как самостоятельно, так и в составе проблемно- ориентированных диагностических комплексов в качестве первичного звена доклинической диагностики.




 
Previous Patent: REMOTE SAFETY SYSTEM

Next Patent: VALVE-TIMING GEAR