Устройство для конъюнктивальной микроскопии
Полезная модель относится к области медицинской оптики и может быть использована для инструментального наблюдения микроциркуляции крови в сосудах конъюнктивы глазного яблока, в том числе и для тяжелобольных и больных в состоянии шока. Устройство состоит из высокоскоростной видеокамеры, на корпусе которой установлены два супер ярких светодиода под углом не менее 20 градусов относительно оптической оси системы переноса изображений. Оптическая система соединена динамической обратной связью с системой управления, регистрации и анализа получаемых изображений, реализуемыми на основе аппаратно-программного комплекса на базе компьютера с процессором Pentium 2000, оснащенного интерфейсом USB2. Устройство позволяет осуществлять съемку конъюнктивы глаза пациента как в положении сидя, так и в положении лежа. Время обследования составляет 1-2 мин.
фиксирующем устройстве предложено использовать налобник, снабженный направляющей, на которой установлены две подвижные каретки, снабженные надглазными элементами, которые устанавливают в такое положение, при котором их тень от источника света падает на глаз только в пределах радужки, (п. РФ №2020863, опубл. 1994.10.15).
Наиболее близкой к заявляемому устройству является система мониторинга состояния микроциркуляции, включающая электрически связанные между собой видеокамеру с системой переноса изображений, оптический стенд с опорным источником облучения исследуемой зоны глаза спектром видимых световых волн, выполненный на базе щелевой лампы с галогеновым осветителем, а также систему управления, регистрации и анализа полученных изображений, выполненных на базе ЭВМ (п. ПМ №46164, опубл. 27.06.05).
Однако известному устройству, как и всем подобным устройствам на основе щелевых ламп, присущи и все их недостатки, перечисленные выше, а именно: известная система громоздка, стационарна, используется только для пациентов в положении сидя, требует фиксации головы пациента, что затрудняет ее применение в экстренных случаях для тяжелобольных пациентов, получение качественного изображения требует длительного времени, поскольку выбор участка конъюнктивы, установка освещения, наводка на резкость проводится оператором.
Задачей заявляемой полезной модели является создание мобильного портативного комплекса экспресс съемки микрососудистого русла конъюнктивы глазного яблока, применение которого максимально щадяще для пациента.
Поставленная задача решается заявляемым устройством, состоящим из оптической системы, включающей видеокамеру с системой переноса изображений и осветитель, а также соединенной с ней системы управления, регистрации и анализа полученных изображений, реализованной на базе ЭВМ, при этом оптическая система связана с системой управления, регистрации и анализа динамической обратной связью, обеспечивающей оптимизацию качества для каждого изображения, осветители представляют собой два конструктивно объединенных сверх ярких белых светодиода жестко закрепленных на видеокамере таким образом, что направление их световых потоков составляет угол не менее 20 градусов относительно оптической оси системы переноса изображений.
Блок-схема устройства для конъюнктивальной биомикроскопии глаза изображена на фиг, где пунктиром обведены оптическая система (блоки 1-3) и система управления, регистрации и анализа изображений (блоки 4, 7-9 и 10-16).
Устройство содержит видеокамеру 1 с системой 2 переноса изображений. На корпусе камеры 1 жестко закреплены два конструктивно связанных друг с другом осветителя 3. Для гашения бликов система 2 переноса изображений и осветители 3 могут быть снабжены поляризационными фильтрами (на рисунке не показаны). Осветители 3 соединены с блоком 4 управления яркостью и формируют световые пятна 5 на конъюнктиве 6. Видеокамера 1 соединена с буфером 7 изображений, блоком 8 отображения видеоинформации и блоком 9 управления передаточной характеристикой камеры. Блок 10 ввода параметров, а именно, количества и качества изображений, пространственный спектр, яркостные и контрастные характеристики, связан с блоком 4 управления яркостью и блоком 11 предварительного анализа изображений, а также блоками 9, 11, блоком 12 морфологического анализа изображений и счетчиком 13 записанных кадров, который в свою очередь соединен с источником звукового сигнала 14. Буфер 7 изображений соединен с блоком 11 и блоком 15 записи изображений, который в свою очередь соединен с блоком 11. Блок 8 отображения видеоинформации соединен с видеокамерой 1 и блоком 12 морфологического анализа изображений, который соединен с блоком 16 записи результатов морфологического анализа изображений.
Динамическая обратная связь между оптической системой и системой управления, регистрации и анализа обеспечивает оптимизацию качества для каждого получаемого изображения конъюнктивы и осуществляется посредством блоков 9, 11 и 4, приводя параметры изображений видеопоследовательности, регистрируемых оптической системой, в соответствие с параметрами, заданными в блоке 10. Ее реализация в устройстве позволяет исключить работу оператора по установке освещенности конъюнктивы и наводке на резкость, что в конечном итоге приводит к улучшению качества получаемых изображений и значительной интенсификации процесса съемки.
Взаимное расположение пятен 5 определяется расстоянием от видеокамеры 1 до конъюнктивы 6. При совмещении пятен 5 на приемной матрице видеокамеры 1 образуется резкое изображение области конъюнктивы, расположенной в световом пятне 5. Блок осветителей 3 установлен на корпусе видеокамеры 1 таким образом, что направление их световых потоков составляет угол не менее 20 градусов относительно оптической оси системы 2 переноса изображений, что позволяет исключить попадание света осветителей в зрачок глаза пациента.
Устройство работает следующим образом.
Видеокамеру 1 располагают вблизи от глаза пациента таким образом, чтобы на выбранном участке конъюнктивы 6 совместились световые пятна 5 от осветителей 3. Блок 11 предварительного анализа изображений определяет характеристики каждого изображения из последовательности, поступившей из буфера 7 и выдает управляющие сигналы на блок 9 управления передаточной характеристикой камеры 1 и блок 4 управления яркостью осветителей 3. Блок 4 управления яркостью сравнивает уровни яркости, заданные в блоке 10 с текущими, полученными из блока 11, и устанавливает яркость осветителей 3 таким образом, чтобы уровень яркости текущего изображения соответствовал уровню яркости, заданному в блоке 10. При регистрации в блоке 7 изображения конъюнктивы с параметрами, соответствующими заданным в блоке 10 параметрам качества (яркость контраст, неравномерность яркости по полю изображения, уровень высокочастотных составляющих пространственного спектра), блок 11 предварительного анализа направляет данное изображение в блок 15 и выдает счетчику 13 сигнал для подсчета и сравнения количества записанных изображений с количеством заданным в блоке 10. Счетчик 13 изображений при изменении своего состояния на короткое время включает источник 14 звукового сигнала для информирования оператора о ходе процесса записи и анализа. Блок 9 управления передаточной характеристикой камеры 1 и блок 4 управления яркостью осветителей 3 согласуют световой поток, попадающий на приемную матрицу видеокамеры 1 с ее передаточными характеристиками для получения изображений заданного качества. Блок 12 морфологического анализа осуществляет анализ записанных изображений конъюнктивы, поступающих из блока 15 записи изображений, рассчитывает характеристики микроциркуляции, а анализируемые изображения и результаты расчетов направляет на устройстве 8 отображения и в блок 16 записи результатов.
Реализация заявляемого устройства осуществляется с использованием USB 2.0 видеокамеры высокого разрешения (1280×1024), преимущественно высокоскоростной (60 кадров/сек и выше), например, USB-2.0 камера VEC-135 производства Санкт-Петербургской фирмы ЗАО "ЭВС". Осветители выполняют на базе сверх ярких белых светодиодов, например, марки TL10W02-D.
Функциональные блоки 4, 7÷9 и 10÷16 устройства реализуют в виде аппаратно программного комплекса на базе портативного компьютера с процессором Pentium 2000 оснащенного интерфейсом USB2. Система в реальном времени заносит изображения с видеокамеры в оперативную память и отображает их на экране монитора (устройство 8). Программное обеспечение анализирует резкость, яркость и контрастность каждого изображения и корректирует передаточную характеристику
камеры 1 таким образом, чтобы максимально использовать ее динамический диапазон. Каждое изображение подвергается процедуре Фурье-анализа для оценки его частотных и контрастных характеристик, и если они удовлетворяют параметрам, введенным в блок 10 параметров, сохраняется в памяти или на жестком диске компьютера. Это сопровождается изменением звукового сигнала. Записанное изображение и результаты предварительной обработки отображается в отдельном окне монитора. Этот процесс повторяется, пока не будет записано заданное в блоке 10 параметров количество изображений. После чего звуковой сигнал прекращается, что служит сигналом оператору для прекращения съемки конъюнктивы. Затем в блоке 12 морфологического анализа проводится детальный анализ серии записанных изображений, сохранение и отображение его результатов.
Таким образом, заявляемое устройство, включающее видеокамеру, осветитель и компьютер, позволяет отказаться от достаточно громоздкой системы на основе щелевой лампы, избежать фиксации головы пациента. Устройство портативно, и мобильно, может быть легко доставлено в любое требуемое место, использоваться для исследования тяжелобольных пациентов, при этом значительно сокращается время исследования, исключается попадание света в зрачок пациента.
Собственно процесс съемки конъюнктивы включает следующие стадии. В компьютер, например типа ноутбук, работающий под управлением операционной системы Windows XP, Windows 2000 или Linux с подключенной к нему видеокамерой загружается разработанная заявителем программа управления и обработки процессом измерений. Затем в интерактивном режиме вводится информация о пациенте и параметры управления процессом съемки (количество изображений, линейное увеличение камеры и т.п.). После этого при необходимости для обеспечения электробезопасности, если компьютер был подключен к сети, его отключают, и переходят на автономное питание. Звуковой сигнал означает, что оператору можно приступать к съемке. Оператор в одну руку берет камеру 1, а другой рукой раздвигает веки пациента и располагает камеру 1 так, чтобы световые пятна 5 осветителей 3 совместились на участке конъюнктивы 6, съемка которого проводится. Далее, он плавно перемещает камеру 1 в направлении оптической оси в обе стороны от этого положения на расстояние 3-5 мм, наблюдая за световыми пятнами осветителей. Прекращение звукового сигнала информирует оператора о завершении процесса измерений. После этого пациента оставляют в покое и приступают к анализу результатов экспресс съемки, представленными на компьютере. Весь процесс записи и
анализа снимков составляет не более 1-2 мин, что в несколько раз быстрее, чем с использованием известных устройств.
Для детального исследования определенной зоны можно увеличить размер снимка. На экран можно выводить сразу несколько любых изображений. Данные изображения затем могут быть отпечатаны на видеопринтере. Изображения и информация по пациенту хранятся в компьютере и могут быть записаны либо на дискету (например, для передачи пациенту) либо записываются на диски типа CD-R для создания своей компактной видеобиблиотеки.
Заявляемое портативное устройство за счет предлагаемой компоновки составляющих его элементов обеспечивает экспресс съемку конъюнктивы глаза, позволяет исследовать конъюнктиву пациента, находящегося как в положении сидя, так и в положении лежа на спине, что бывает часто необходимо в экстренных ситуациях для анализа состояния ожоговых больных и больных в состоянии шока, и может успешно применяться врачами медицины катастроф.
1. Устройство для конъюнктивальной микроскопии, состоящее из оптической системы, включающей видеокамеру с системой переноса изображений и осветитель, и связанной с ней системы управления, регистрации и анализа полученных изображений, реализованной на базе ЭВМ, отличающееся тем, что оптическая система связана с системой управления динамической обратной связью, обеспечивающей оптимизацию качества для каждого изображения, осветитель представляет собой два конструктивно объединенных сверх ярких белых светодиода, жестко закрепленных на видеокамере таким образом, что направление их световых потоков составляет угол не менее 20° относительно оптической оси системы переноса изображений.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система переноса изображений и осветители снабжены поляризационными фильтрами.
3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что используют видеокамеру с разрешением не менее 1280×1024 и скоростью съемки не ниже 60 кадров/с.
