Устройство для медицинской диагностики и манипулятор
Устройство относится к области медицины и предназначено для использования в гинекологической и урологической практике. Задачей является разработка устройства, позволяющего повысить оперативность, точность, объективность и удобство диагностики анатомического и функционального состояния внутренних органов при гинекологическом и урологическом обследовании. Поставленная задача достигается тем, что, как и известное, предлагаемое устройство для медицинской диагностики, содержит гинекологическое и урологическое кресло, состоящее из каркаса, сиденья, спинки и подставок для ног. Новым является то, что оно дополнительно содержит манипулятор, на котором при помощи первого блока крепления установлены цветная телевизионная камера с, по крайней мере, одним источником освещения, при помощи второго блока крепления манипулятор установлен на каркас кресла, а также содержит источник питания, компьютер, блок управления, соединенный с электроприводами манипулятора, и соединенный через интерфейс с компьютером и источником питания, причем цветная телевизионная камера через блок ввода изображения соединена с компьютером. Поставленная задача достигается также тем, что манипулятор состоит из трех звеньев, соединенных между собой механизмом смещения, предназначенным для крепления первого звена ко второму и передвижения его в горизонтальной плоскости по двум взаимно-перпендикулярным направлениям, выдвижным механизмом, служащим для крепления третьего звена ко второму звену и перемещения третьего звена в вертикальной плоскости, а также содержит поворотный механизм, установленный на свободном конце третьего звена и предназначенный для поворота вокруг оси третьего звена камеры и два блока крепления, при этом первый блок крепления, предназначен для установки и вращения цветной телевизионной камеры и, по крайней мере, одного источника освещения вокруг оптической оси камеры, второй блок крепления предназначен для установки манипулятора на каркас урологического и гинекологического кресла и перемещения его относительно кресла.
Устройство относится к области медицины и предназначено для использования в гинекологической и урологической практике.
Наиболее близкими к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является устройство для медицинской диагностики и манипулятор [1], содержащее гинекологическое и урологическое кресло, состоящее из каркаса, сиденья, спинки и подставок для ног и манипулятор, на котором при помощи первого блока крепления установлены цветная телевизионная камера с, по крайней мере, одним источником освещения, при помощи второго блока крепления и стержня манипулятор установлен на каркас кресла, а также содержит блок питания, компьютер, первый блок управления цветной телевизионной камерой и второй блок управления источником освещения, соединенные с компьютером через интерфейс, причем цветная телевизионная камера через блок ввода изображения соединена с компьютером.
Недостатками вышеуказанного устройства и манипулятора являются ограниченное число степеней перемещений манипулятора, относительно кресла, что снижает удобство работы, оперативность и качество диагностики.
Задачей является разработка устройства, позволяющего повысить оперативность, точность, объективность и удобство диагностики анатомического и функционального состояния внутренних органов при гинекологическом или урологическом обследовании.
Поставленная задача достигается тем, что, как и известное, предлагаемое устройство для медицинской диагностики, содержит гинекологическое и урологическое кресло, состоящее из каркаса, сиденья, спинки и подставок для ног, манипулятор, на котором при помощи первого блока крепления установлены цветная телевизионная камера с, по крайней мере, одним источником освещения, а при помощи второго блока крепления манипулятор установлен на каркас кресла, а также содержит источник питания, компьютер, блок управления, соединенный через интерфейс с компьютером и источником питания, причем цветная телевизионная камера с высокой разрешающей способностью через блок ввода изображения соединена с компьютером.
Новым является то, что на боковой поверхности кресла жестко закреплена боковая рейка
для установки манипулятора на кресле при помощи второго блока крепления манипулятора. Кроме того, источник питания выполнен управляемым от компьютера через интерфейс. Кроме того, в качестве источника освещения использован, например, широко диаграммный источник холодного свечения, обеспечивающий равномерное освещение исследуемой поверхности.
Поставленная задача достигается также тем, что манипулятор, содержит два блока крепления, при этом первый блок крепления, предназначен для установки и вращения цветной телевизионной камеры и, по крайней мере, одного источника освещения вокруг оптической оси камеры, второй блок крепления предназначен для установки манипулятора на каркас урологического и гинекологического кресла и перемещения его относительно кресла.
Новым является то, что второй блок крепления выполнен в виде скобы и установленного в отверстие скобы винта, прижимающего манипулятор к боковой рейке, установленной на кресле, при этом манипулятор состоит из трех звеньев, соединенных между собой механизмом смещения, предназначенным для крепления первого звена ко второму и передвижения его в горизонтальной плоскости по двум взаимно-перпендикулярным направлениям, выдвижным механизмом, служащим для крепления третьего звена ко второму звену и перемещения третьего звена в вертикальной плоскости, а также содержит поворотный механизм, установленный на свободном конце третьего звена и предназначенный для поворота вокруг оси третьего звена цветной телевизионной камеры.
Кроме того, первое звено манипулятора состоит из скобы с перемычкой.
Кроме того, второе звено манипулятора выполнено в виде выдвижной штанги.
Кроме того, третье звено манипулятора выполнено в виде штатива.
Кроме того, первый блок крепления содержит скобу и электропривод.
Кроме того, механизм смещения содержит втулку с отверстием для штанги, установленную на перемычке, и электропривод, размещенный в верхней части втулки.
Кроме того, что выдвижной механизм содержит втулку, выполненную на конце штанги с отверстием для установки штатива, и электропривод, размещенный в боковой части втулки.
Кроме того, поворотный механизм состоит из втулки и электропривода, размещенного в центральной части втулки.
Кроме того, перемычка, выдвижная штанга и штатив выполнены пустотелыми. Кроме того, в качестве источника освещения использован широко диаграммный источник холодного свечения, обеспечивающий равномерное освещение исследуемой поверхности.
Кроме того, источник освещения расположен в непосредственной близости с объективом цветной телевизионной камеры.
Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-4.
На фиг.1 представлена схема устройства, где:
широкие сплошные линии (
) - механические связи;
одинарные линии () - электрические связи;
пунктирные линии (- - ) - оптические связи.
На фиг.2 представлена схема манипулятора.
На фиг.3 представлен чертеж общего вида устройства с манипулятором, установленным на гинекологическом и урологическом кресле.
На фиг.4 представлено телевизионное изображение органа, отображенного на экране монитора устройства.
На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства, содержащего гинекологическое и урологическое кресло 1, к которому крепится с помощью второго блока крепления 2 манипулятор 3. На другом конце манипулятора 3 устанавливается первый блок крепления 4, в котором размещена цветная телевизионная камера с высокой разрешающей способностью 5 и источник освещения 6, к которым подключен отдельными выходами источник питания 7, отдельными входом и выходом соединенный через интерфейс 8 с компьютером 9. Электроприводы манипулятора 3 отдельными входом и выходом подключены через блок управления 10 к интерфейсу 8. Цветная телевизионная камера с высокой разрешающей способностью 5 подключена отдельными входом и выходом через блок ввода изображений 11 к компьютеру 9.
В качестве источника освещения может применяться широко диаграммный источник холодного свечения, например, светодиод (модель ТХС-3,6/0,04).
Используется цветная телевизионная камера (камера PowerShot GG" (DIGITAL CAMERA): датчик изображения: ПЗС 1/1,8 дюйма (общее количества пикселов: 7,4 млн.), объектов 7,2 (W) - 28,8 (Т) мм (W широкоугольное положение/ (Т) - положение телефото), система автофокусировки, ЖК - монитор, количество записываемых пикселов фотографии: 3072×2304 пиксела, видеофильмы: 640×480 пикселов.
Блок ввода изображений представляет собой плату видеозахвата, модель SIV1NEY А ЕХР 2: полно цветная - 16 млн. цветов.
На фиг.2 представлен манипулятор 3, который содержит перемычку 12 и выдвижную штангу 13, по которым перемещается механизм смещения 14, обеспечивающий перемещение выдвижной штанги 13 по направлению «вперед - назад» относительно гинекологического и урологического кресла 1. Манипулятор 3 содержит выдвижной механизм 15, осуществляющий
перемещение штатива 16 в вертикальной плоскости, на другом конце которого находится поворотный механизм 17. Для обеспечения управления манипулятором 3 электроприводы механизмов 14, 15 и 17 имеют соответствующие выходы на блок управления 10.
На фиг.3 представлен общий; вид предлагаемого устройства. Перемычка 12 закреплена на скобе 18. С помощью скобы 18, которая жестко фиксируется винтом 19, манипулятор 3 устанавливается на кресле 1. Скоба 18 и винт 19 образуют второй блок крепления 2, который закрепляется к боковой рейке 20 кресла 1.
Механизм смещения 14 содержит выдвижную штангу 13, втулку 21 с отверстием 22 и электропривод 23, установленный в верхней части втулки. На противоположном конце выдвижной штанги 13 имеется втулка 24, в отверстие 25 которой вставляется штатив 16. Штатив 16 обладает возможностью перемещаться вверх - вниз. Штатив 16, втулка 24, электропривод 26, установленный в боковой части втулки, и выдвижная штанга 13 образуют выдвижной механизм 15. На штативе 16 устанавливается поворотный механизм 17, на котором размещается первый блок крепления 4 для размещения цветной телевизионной камеры 5 и источника освещения 6. Поворотный механизм 17 состоит из скобы 27, втулки 28, электропривода 29, установленного в центральной части втулки 28 и электропривода 30 для разворотов цветной телевизионной камеры 5 и источника освещения 6. Поворотный механизм 17 может разворачивать цветную телевизионную камеру 5 и источник света 6 в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Все развороты и смещения элементов манипулятора показаны на фиг.3 стрелками. Чтобы подвести цветную телевизионную камеру 5 к исследуемому органу перемычка 12, выдвижная штанга 13, штатив 16 и цветная телевизионная камера 5 имеют необходимые смещения и развороты (показаны стрелками). Манипулятор 3 позволяет подводить и жестко фиксировать цветную телевизионную камеру 5 к требуемому месту исследуемого органа, а также отводить камеру 5, например, под кресло, исключая доступ пациента к ней.
На первом блоке крепления установлены широко диаграммные источники холодного свечения, количество которых определяется техническими характеристиками (чувствительностью) цветной телевизионной камеры 5. Количество широко-диаграммных источников холодного свечения может быть 1-6 штук (фиг.3, вид А, на фиг.3 изображено 4 источника свечения).
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
На кресло 1 помещается пациент, к исследуемому органу которого подводится с помощью манипулятора 3, закрепленного к боковой рейки 20 кресла 1 вторым блоком крепления 2, цветная телевизионная камера с высокой разрешающей способностью 5 и источник освещения
6, которые установлены в первом блоке крепления 4. По сигналам от компьютера 9 через интерфейс 8 включается источник питания 7 и блок управления 10, обеспечивающий управление звеньями манипулятора 3. После операции включения готовность к работе характеризуется свечением источника освещения 6 и появившимся изображением исследуемого органа на экране монитора компьютера 9. Цветные телевизионные изображения исследуемого органа записываются в память (базу данных) компьютера 9 с цветной телевизионной камеры 5 через блок ввода изображений 11. Эти изображения называются текущими изображениями (ТИ) и характеризуют патологию (изменения) исследуемой поверхности внутреннего органа человека. Таким образом, формируется база данных патологий поверхности внутреннего органа человека. ТИ сравниваются с эталонным изображением (ЭИ), характеризующим исследуемую поверхность внутреннего органа человека без патологии) и оцениваются требуемые параметры диагностики.
Положение и цвет зоны исследуемой поверхности определяются следующим образом: цветная телевизионная камера считывает изображение органа в цветовой модели RGB (Red-Green-Blue; Красный-Зеленый-Синий), которое затем оцифровывается с помощью блока ввода изображений 11 и поступает в компьютер 9. В компьютере 9 производится фильтрация изображения от помех (бликов) поэтапно (шаг за шагом).
Шаг 1. Вначале формируется первоначальный набор «активных» точек, принадлежащих блику. Для каждой точки сохраняется последний раз вычисленная разница в интенсивности соседних точек последовательности (сначала эта разница принимается равной нулю).
Шаг 2, На основе первоначального набора точек определяется набор «активных» точек следующего поколения. Ими выбираются точки (например, по горизонтальной координате X) соединения точек предыдущего поколения, удовлетворяющие критерию:
(Pi-Pi-1)<=(Pi-1-Pi-2), где Pi - интенсивность, в i-ой точке в последовательности. Далее процесс повторяется для i-ых точек (т.е., по вертикальной координате Y).
Шаг 3. Процесс повторяется с Шага 2 и останавливается естественным образом, когда набор точек следующего поколения на очередной итерации оказывается пустым.
Все пиксели, принадлежащие какому-либо из предыдущих поколений точек относятся к бликам.
В программе информация о яркости пикселей, используемая для поиска границ бликов, формируется в результате фильтрации первоначального перевода изображения в цветовую модель La*b*. Эта цветовая модель, стандартизированная Commission Intemationale de I'Eclairage - Международной Комиссией по Освещению (МКО), канал L изображения в этой цветовой модели хранится яркость точки, канал а* - цветовой оттенок от темно-зеленого через
серый к розовому, b* - светло-синий, серый, ярко-желтый.
Фильтрация осуществляется сверткой каждого из R, G, В каналов изображения по отдельности с ядром в виде матрицы n×n (n - число пикселей), значение элемента которой можно вычислить по следующей формуле:
Ядро фильтра представляет собой гауссиан с параметром (диаметром) 
. Размер матрицы и значение параметра, используемые в программе, подобраны опытным путем. Размер матрицы 7×7, =1.
Для того чтобы получить координаты пикселя в цветовом пространстве La*b* программа преобразует его цвет сначала в цветовое пространство МКО XYZ (другая цветовая модель, стандартизированная МКО, использующаяся, в основном, как промежуточная цветовая модель для перевода цветов из одной цветовой модели в другую), затем в МКО La*b*.
Преобразование sRGBXYZ осуществляется следующим образом:
R,G,B - числовые значения цветовых компонент пикселя, полученные после оцифровки и фильтрации и лежащие в диапазоне [0-255].
r=(R/255)/12.92, если (R/255)<0,03928, иначе r=(((R/255)+0,055)/1,055) 2,4;
g=(G/255)/12.92, если (G/255)0,03928, иначе g=(((G/255)+0,055)/1,055)2,4;
b=(В/255)/12.92, если (В/255)<0,03928, иначе Ь=(((В/255)+0,055)/1,055) 2,4;
Преобразование Х\12->La*b* осуществляется следующим образом [2],
Преобразование XYZ->La*b* осуществляется следующим образом [2, 3]:
x=(X/Xn)1/3 , если (X/Xn)>0,008856, иначе x=7,787*(X/Xn)+16/116;
у=(Y/Yn)1/3, если (Y/Yn)>0,008856, иначе у=7,787*(Y/Yn)+16/116;
z=(Z/Zn1/3), если (Z/Zn)>0,008856, иначе z=7,787*(Z/Zn)+16/116;
L=116*y-16;
a*=500*(x-y);
b*=200*(y-z).
Где Xn=0.95047, Yn=1.0, Zn=1.08883, что соответствует стандартному наблюдателю 2° и фоновому освещению Illuminant D65 (дневной свет).
Проанализировав частоту различных цветовых оттенков на изображениях здоровых органов и органов, имеющих различные отклонения, устанавливается диагноз заболевания.
На этом работа устройства заканчивается.
По сравнению с известным, предлагаемое устройство обладает большими оперативностью и точностью постановки диагноза, удобством работы. Это объясняется тем, что в базе данных устройства хранятся эталонные телевизионные изображения поверхности объекта исследования и они автоматически сравниваются с считываемыми изображениями (ТИ), отображающими патологию внутреннего органа, и устанавливается диагноз заболевания. Это происходит быстро и точно с помощью компьютера. Необходимая информация - изображения ТИ и ЭИ, результаты диагностики отображаются на мониторе компьютера, что свидетельствует об удобстве работы с предлагаемым устройством. Кроме того, манипулятор управляется от компьютера в автоматизированном режиме, обеспечивающим подвод цветной телевизионной камеры к исследуемому месту органа человека.
Источники информации:
1. Урологическое и гинекологическое кресло. Патент РФ №2161025 С2, 2000.12.27.
2. Никитина Ю.А., Сырямкин В.И., Титов B.C. Особенности обработки цветных изображений в телевизионных системах технического зрения. - Томск, 1991. - 36 с. - Деп. ВИНИТИ 05.08.91. №3335 - В 91.
3. Сырямкин В.И. и др. Системы технического зрения: Справочник. Томск: МГП «РАСКО», 1992, 367 с.
1. Устройство для медицинской диагностики, содержащее гинекологическое и урологическое кресло, состоящее из каркаса, сиденья, спинки и подставок для ног, манипулятора, на котором при помощи первого блока крепления установлены цветная телевизионная камера с, по крайней мере, одним источником освещения, а при помощи второго блока крепления манипулятор установлен на каркас кресла, источник питания, компьютер, блок управления, соединенный через интерфейс с компьютером и источником питания, причем цветная телевизионная камера через блок ввода изображения соединена с компьютером, отличающееся тем, что на боковой поверхности кресла жестко закреплена боковая рейка для установки манипулятора на кресле при помощи второго блока крепления манипулятора.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник питания выполнен управляемым от компьютера через интерфейс.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве источника освещения использован, например, широко диаграммный источник холодного свечения, обеспечивающий равномерное освещение исследуемой поверхности.4. Манипулятор, содержащий два блока крепления, первый блок крепления предназначен для установки и вращения цветной телевизионной камеры и, по крайней мере, одного источника освещения вокруг оптической оси камеры, второй блок крепления предназначен для установки манипулятора на каркас
урологического и гинекологического кресла и перемещения его относительно кресла, отличающийся тем, что второй блок крепления выполнен в виде скобы и установленного в отверстие скобы винта для прижима манипулятора к боковой рейке, установленной на кресле, при этом манипулятор состоит из трех звеньев, соединенных между собой механизмом смещения, предназначенным для крепления первого звена ко второму и передвижения его в горизонтальной плоскости по двум взаимно-перпендикулярным направлениям, выдвижным механизмом, служащим для крепления третьего звена ко второму звену и перемещения третьего звена в вертикальной плоскости, а также содержит поворотный механизм, установленный на свободном конце третьего звена и предназначенный для поворота вокруг оси третьего звена цветной телевизионной камеры.
5. Манипулятор по п.4, отличающийся тем, что первое звено манипулятора состоит из скобы с перемычкой.
6. Манипулятор по п.4, отличающийся тем, что второе звено манипулятора выполнено в виде выдвижной штанги.
7. Манипулятор по п.4, отличающийся тем, что третье звено манипулятора выполнено в виде штатива.
8. Манипулятор по п.4, отличающийся тем, что первый блок крепления содержит скобу и электропривод.
9. Манипулятор по п.4, отличающийся тем, что механизм смещения содержит втулку с отверстием для штанги, установленную на перемычке, и электропривод, размещенный в верхней части втулки.
10. Манипулятор по п.4, отличающийся тем, что выдвижной механизм содержит втулку, выполненную на конце штанги с отверстием для установки штатива, и электропривод, размещенный в боковой части втулки.
11. Манипулятор по п.4, отличающийся тем, что поворотный механизм состоит из втулки и электропривода, размещенного в центральной части втулки.
12. Манипулятор по п.5, или 6, или 7, отличающийся тем, что перемычка, выдвижная штанга и штатив выполнены пустотелыми.
13. Манипулятор по п.4, отличающийся тем, что в качестве источника освещения использован широко диаграммный источник холодного свечения, обеспечивающий равномерное освещение исследуемой поверхности.
14. Манипулятор по п.4, отличающийся тем, что источник освещения расположен в непосредственной близости с объективом цветной телевизионной камеры.
