Способ идентификации раковой ткани щитовидной железы человека

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ РАКОВОЙ ТКАНИ ЩИТОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗЫ ЧЕЛОВЕКА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Немкович Николай Алексеевич Собчук Андрей Николаевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Способ идентификации раковой ткани щитовидной железы человека, заключающийся в том, что на образец ткани воздействуют с частотой 50 Гц импульсами лазерного излучения с длиной волны 337,1 нм, длительность которых короче времени жизни возбужденного состояния эндогенных хромофоров ткани щитовидной железы, регистрируют мгновенные спектры аутофлуоресценции в максимуме импульса возбуждения аутофлуоресценции через 2 и 6 нс после максимума импульса возбуждения аутофлуоресценции и идентифицируют раковую ткань щитовидной железы при отсутствии различий в интенсивности аутофлуоресценции в коротковолновой и длинноволновой областях всех спектров. 18700 1 2014.10.30 Изобретение относится к биомедицинской оптике и касается проблемы ранней идентификации опухолей, а также их экспрессной диагностики во время хирургического вмешательства. В последнее время большое количество работ посвящено поиску экспрессных методов диагностики опухолевых тканей. Наиболее перспективным направлением в решении этой задачи в настоящий момент считается использование оптических методов. Известно, что в тканях человека присутствуют биомолекулы, которые хорошо флуоресцируют (аутофлуоресценция) в ультрафиолетовой, видимой и ближней ИК-областях спектра. Характеристики аутофлуоресценции эндогенных хромофоров тканей зависят от концентрации ионов,их распределения в тканях, свойств микроокружения и других факторов. Возникновение патологического процесса затрагивает гистологические и гистохимические особенности тканей и поэтому приводит к изменениям в параметрах аутофлуоресценции. Известен способ идентификации опухолевых тканей, основанный на возбуждении их свечения и измерении длительности затухания аутофлуоресценции 1. Однако точность идентификации опухолевых тканей при использовании данного способа не высокая. Это обусловлено тем, что все типы тканей имеют неэкспоненциальное затухание аутофлуоресценции, что затрудняет анализ количества их компонент. Кроме того, технически сложно измерить отличие длительности затухания аутофлуоресценции здоровых и опухолевых тканей, если оно составляет менее 10 или если длительность затухания аутофлуоресценции много короче 1 нс. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ идентификации опухолевых тканей, основанный на возбуждении свечения и регистрации стационарного спектра аутофлуоресценции, по форме и положению максимума которого можно идентифицировать тип опухоли 2. Известный способ имеет низкую точность идентификации, обусловленную невозможностью ранней идентификации опухолей, а также искажением спектра аутофлуоресценции из-за поглощения гемоглобина, который содержится в крови. Целью изобретения является повышение точности идентификации опухолевых тканей путем обеспечения возможности измерения мгновенных спектров испускания входящих в ткани эндогенных хромофоров. Поставленная цель достигается тем, что, согласно способу идентификации опухолевых тканей, длительность импульса возбуждения выбирают меньше времени жизни возбужденного состояния эндогенных хромофоров тканей, регистрируют мгновенные спектры аутофлуоресценции пробы через ряд временных интервалов и по характеру их изменения во времени идентифицируют опухоль. Сущность способа заключается в следующем. Пусть имеется два типа опухолейис примерно одинаковыми стационарными спектрами испускания, по которым невозможно определить, здоровая это ткань или больная. Оба типа опухолей имеют индивидуальные времена жизни возбужденного состояния. Предположим, что мы регистрируем аутофлуоресценцию опухолей на синем (или красном) склоне спектра. Тогда закон затухания аутофлуоресценции описывается следующим образом 0 ехр(-/) для опухоли ,где , - времена затухания аутофлуоресценции опухолейи 0 и 0 - начальные амплитуды аутофлуоресценции. Если разница междуилежит в пределах точности измерения (обычно это менее 10 ), то измериви , нельзя выявить отличие в испускании обеих опухолей, т.е. идентифицировать их тип. При регистрации мгновенных спектров испускания интенсивность аутофлуоресценции опухолейив фиксированный момент времени из-за отличияисо временем увеличивается и достигает значительной величины, легко измеряемой. Например, в случае 3 нс и 3,2 нс при одинако 2 18700 1 2014.10.30 вой начальной амплитуде 001 интенсивность испускания в максимуме мгновенных спектров аутофлуоресценцииисоставляет при 2 нс(20 нс)ехр(-20/3)0,00127(20 нс)ехр(-20/3,2)0,00193 и отличается на 52 . Такое существенное изменение в соотношении интенсивностей мгновенных спектров аутофлуоресценции легко регистрируется и позволяет идентифицировать тип опухоли. Анализ ведется по интенсивности свечения в одном из максимумов мгновенного спектра испускания. Кроме того, информацию о типе опухоли несет и деформация во времени контура спектра аутофлуоресценции. Пример. Проведены исследования разрешенных во времени (мгновенных) спектров аутофлуоресценции здоровых и раковых тканей щитовидной железы человека. Измерения проводились на образцах тканей, взятых сразу же после операции, проведенной в Минском городском онкологическом диспансере 1-ой городской больницы г. Минска. Регистрировались мгновенные спектры аутофлуоресценции здоровых и опухолевых тканей при возбуждении азотным лазером. На фиг. 1 изображена блок-схема установки для измерения мгновенных спектров аутофлуоресценции. В установке образец ткани в термостатируемом кюветном отделении 3 возбуждается излучением азотного лазера 1 (337,1 нм, 1/21,5 нс, частота повторения импульсов до 50 Гц, пиковая мощность 200 Квт). Излучение азотного лазера 1 направляется в кюветное отделение 3 зеркалом 10. Часть излучения азотного лазера 1 с помощью пластинки 9 ответвляется на фотоэлемент 2 (ФЭК 16), сигнал с которого осуществляет синхронизацию стробируемого вольтметра 7 (В 4-24, полоса пропускания 1 Ггц). Перестройка длины волны регистрации осуществляется двойным дифракционным монохроматором 4 (дисперсия 6 /мм), снабженным шаговым двигателем, управляемым компьютером 8 через интерфейс 6. Сигнал аутофлуоресценции на выходе монохроматора 4 регистрируется фотоэлектронным умножителем 5 (ФЭУ-164, временное разрешением 2 нс) и поступает на вход стробируемого вольтметра 7, а затем в компьютер 8. На фиг. 2 и 3 приведены зарегистрированные с помощью описанной установки мгновенные спектры аутофлуоресценции опухолевой и здоровой тканей. Спектры 1 зарегистрированы в максимуме импульса возбуждения (0 нс), а спектры 2 и 3 через 2 нс и 6 нс после максимума импульса возбуждения. Мгновенные спектры аутофлуоресценции (фиг. 2 и 3) имеют два максимума, разделенных провалом, который вызван поглощением гемоглобина. Из фигур видно, что в случае раковой опухоли (фиг. 2) интенсивность аутофлуоресценции в максимуме мгновенных спектров коротковолновой компоненты меньше, чем у длинноволновой компоненты. В то же время для здоровой ткани указанное соотношение интенсивностей аутофлуоресценции носит противоположный характер для всех моментов времени регистрации (фиг. 3). Интенсивность коротковолновой компоненты аутофлуоресценции раковой ткани(фиг. 2) не изменяется со временем, а в случае здоровой ткани (фиг. 3) она (интенсивность) значительно уменьшается со временем по сравнению с интенсивностью длинноволновой компоненты. Так, в момент времени 0 нс интенсивность аутофлуоресценции в максимуме коротковолновой компоненты составляет 0,92 относительных единиц, а в моменты регистрации 2 нс и 6 нс - 0,87 и 0,78 относительных единиц соответственно. Таким образом, проведенные исследования показали, что для здоровых и опухолевых тканей изменение со временем мгновенных спектров аутофлуоресценции сильно отлича 3 18700 1 2014.10.30 ется. Поэтому путем измерения кинетики спектров испускания здоровых и опухолевых тканей и их сравнения можно идентифицировать тип опухоли. При этом можно ввести такие количественные параметры, как смещение максимумов спектра во времени, изменение соотношения интенсивностей основного и дополнительного максимумов или интенсивностей свечения их на определенной длине волны в разные моменты регистрации. При использовании ЭВМ анализ зарегистрированных мгновенных спектров и идентификация опухолей осуществляются очень оперативно. Внедрение данного способа в медицинскую практику позволит значительно сократить временные и экономические затраты на патологоанатомическую диагностику опухолей. Использование способа для диагностики и локализации раковых опухолей непосредственно во время хирургических операций позволит в ряде случаев отказаться от повторного оперативного вмешательства и увеличит вероятность положительной динамики процесса лечения. Предлагаемый способ может с успехом применяться для идентификации типа опухоли. По сравнению с известным способом точность идентификации опухоли, когда стационарные спектры образцов и изменение времени жизни по спектру совпадают, увеличивается на 100 . Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4