УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ГОРТАНИ

Устройство относится к области медицины и предназначено для использования в практике оториноларингологии гортани.
Известно устройство для осмотра гортани и функционального состояния голосовых связок, состоящее из клинка (шпатель) и рукоятки, непосредственно соединенных под углом друг к другу, и содержащее осветительный узел, выполненный в виде лампы, гибкого световода и источника питания [1].
Недостатками указанного устройства являются низкие функциональные возможности из-за невозможности осмотра исследуемой поверхности гортани в прямом и обратном (отражающем) потоке света (т.к. отсутствует зеркало).
Наиболее близкими к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является зеркало для обследования гортани, содержащее зеркало и изогнутый стержень [2].
Недостатками известного устройства являются, во-первых, невозможность снять (считать) цветные изображения поверхности исследуемого внутреннего органа, несущие объективную информацию патологии, во-вторых, невозможность оперативно (быстро) и точно провести обследование и поставить диагноз заболевания (отсутствует база данных патологии и средства анализа), в третьих, отсутствует удобство работы, из-за невозможности управления диагностикой с помощью компьютера и вывода информации на контрольный монитор компьютера. Отмеченные недостатки не позволяют широко использовать известное устройство при поликлинической практике и хирургии.
Задачей является создание устройства, повышающего точность, объективность, оперативность и удобство диагностики анатомического и функционального состояния гортани.
Поставленная задача достигается тем, что, как и известное, заявляемое устройство содержит зеркало, закрепленное на изогнутом стержне.
Отличием предлагаемого устройства от известного является то, что дополнительно оно содержит цветную телевизионную камеру и источник освещения, а также содержит пластину с рукояткой, которые соединены с изогнутым стержнем при помощи блока крепления, который также является блоком крепления к изогнутому стержню источника освещения и цветной телевизионной камеры, которая прямой и обратной связью соединена через последовательно соединенные контроллер, первый интерфейс, второй интерфейс с микрокомпьютером.
Кроме того, источник освещения закреплен в непосредственной близости от объектива цветной телевизионной камеры.
Кроме того, источник освещения установлен с возможностью его поворота в блоке крепления для настройки потока света, падающего на отражающую поверхность зеркала.
Кроме того, камера установлена с возможностью ее горизонтального перемещения вдоль оптической оси устройства.
Кроме того, камера установлена с возможностью ее поворота вокруг оптической оси устройства.
Кроме того, источник освещения выполнен в виде широкодиаграммного источника холодного свечения, например, светодиода.
Кроме того, контроллер, первый интерфейс, а также источник питания размещены в рукоятке, при этом выходы источника питания присоединены к источнику освещения, к цветной телевизионной камере, первому интерфейсу и контроллеру.
Кроме того, изогнутый стержень выполнен съемным и скреплен с пластиной таким образом, что возможен его разворот с зеркалом относительно источника освещения и объектива камеры.
Кроме того, цветная телевизионная камера снабжена защитным блоком, выполненным, например, из прозрачной пленки для защиты объектива камеры от загрязнения.
Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является, введение цветной телевизионной камеры, источника освещения, пластины, рукоятки, блока крепления, контроллера, первого и второго интерфейсов, источника питания, микрокомпьютера.
Благодаря наличию этих признаков при работе предлагаемого устройства обеспечивается равномерное освещение с помощью широкодиаграммного источника холодного свечения исследуемой поверхности внутреннего органа гортани и считывание цветного изображения исследуемой поверхности с помощью цветной телевизионной камеры, вводу цветного изображения в компьютер, отображению вводимого изображения на мониторе компьютера, формированию базы данных патологии исследуемой поверхности внутреннего органа и установлении диагноза с помощью компьютера.
Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1 и фиг.2.
На фиг.1 представлен сборочный чертеж предлагаемого устройства.
На фиг.2 дана структурная схема предлагаемого устройства.
На фиг.1 представлено конструктивное исполнение части предлагаемого устройства. Здесь зеркало 1 закреплено на изогнутом стержне 2, на котором зафиксированы с
помощью блока крепления 3 цветная телевизионная камера 4 и широкодиаграммный источник холодного свечения 5. Блок крепления 3 жестко крепится к стержню 2 с помощью винтов 6. При помощи того же блока крепления 3 пластина 7 с рукояткой 8 соединены с изогнутым стержнем 2. Блок крепления 3 жестко установлен на пластине 7. Для выполнения необходимых регулировок, изменения масштаба считываемого изображения цветная телевизионная камера 4 может перемещаться вдоль оптической оси устройства (показано горизонтальными стрелками на фиг.1). Кроме этого для выполнения других регулировок цветная телевизионная камера 4 может разворачиваться вокруг своей оптической оси (показано круговыми стрелками на фиг.1, вид А-А). Для исключения дальнейших перемещений цветной телевизионной камеры 4 используется фиксатор (пружина) 9. С целью выполнения необходимых регулировок (изменения масштаба считываемого изображения цветной телевизионной камеры 4) блок крепления 3 может перемещаться вдоль оптической оси устройства (на фиг.1 показано горизонтальными стрелками). Зеркало 1 может разворачиваться вместе со стержнем 2 (показано круговыми стрелками на фиг.1). Такие развороты необходимы для совмещения потока света широкодиаграммного источника холодного свечения 5 с отражающей поверхностью зеркала 1 и объектива 10 цветной телевизионной камеры 4. Для исключения ненужных взаимных разворотов цветной телевизионной камеры 4 и зеркала 1 блок крепления 3 фиксируется на стержне 2 с помощью двух винтов 6. Перемещение блока крепления 3 по стержню 2 осуществляется по направляющим 11 и 12. При этом направляющая 12 жестко закреплена (например, методом сварки) на пластине 7. Блок крепления 3 содержит хомут 13, в котором размещается цветная телевизионная камера 4. Хомут 13 крепится к пластине 7 с помощью пластины 14 и 2-х винтов 15. Широкодиаграммный источник холодного свечения 5 устанавливается во втулке 16 и фиксируется винтом 17 в хомуте 13. Втулка 16 может разворачиваться (регулироваться) вокруг оси винта 17 с помощью отвертки. Для этого отвертка вставляется в выемку 18 и углубление конуса втулки 16. Эти развороты втулки 16 показаны круговыми стрелками на фиг.1. Указанные развороты втулки 16 необходимы для настройки потока света от широкодиаграммного источника света холодного свечения 5 на отражающую поверхность зеркала 1. Разворот втулки 16 осуществляется таким образом, чтобы в вертикальной плоскости изменялся угол между оптической осью широкодиаграммного источника холодного свечения 5 и оптической осью цветной телевизионной камеры 4. Источник питания 19 установлен в рукоятке 8.
На фиг.2 представлена структурная схема предлагаемого устройства. Здесь показаны следующие связи:
(⇒) - механические связи;
(→) - электрические связи;
(----→) - оптические связи;
(-·-·→) - эфирная связь.
Выход цветной телевизионной камеры 4 подключен через последовательно соединенные контроллер 20, первый интерфейс 21 к входу микрокомпьютера 22, содержащим второй интерфейс 23. Выход микрокомпьютера 22 обратной связью соединен через второй интерфейс 23, первый интерфейс 21, контроллер 20 с первым входом цветной телевизионной камеры 4.
В предлагаемом устройстве используются следующие стандартные элементы: цветная телевизионная камера (модель КРС - S230C: формат сигнала PAL/NTSC; светочувствительная матрица SJNY 1/3'' SUPER YAD CCD; разрешение 380 TV линий; широкодиаграммный источник холодного свечения: светодиод модели ТХС - 3,6/0,04 (напряжение питания 3,6 в; потребляемый ток 4 ома); первый и второй интерфейсы: BLUTOOTH фирмы HEMICS марки НМ 1201А-Е433; микрокомпьютер модели NOTBOOK; контроллер марки ATI90S2343.
Устройство работает следующим образом. С помощью источника питания 19 включается цветная телевизионная камера (с видеозахватом) 4, широкодиаграммный источник холодного свечения 5, контроллер 20 и первый интерфейс (беспроводной приемопередатчик) 21. Отдельно включается микрокомпьютер 22, содержащий второй интерфейс (беспроводной приемопередатчик) 23. После операции включения готовность к работе характеризуется свечением широкодиаграммного источника света холодного свечения 5 и появившимся качественным (четким) изображением на мониторе микрокомпьютера 22. Цветная телевизионная камера 4 и широко диаграммный источник холодного свечения 5 расположены в блоке крепления 3, который одновременно зафиксирован на стержне 2 и пластине 7, жестко связанной с рукояткой 8. В рукоятке 8 расположен источник питания 19. Для исключения попадания посторонних примесей на объектив 10, корпус цветной телевизионной камеры 4 и широкодиаграммный источник холодного свечения 5 надевается защитная пленка (полиэтилен, целлофан, резина), которая снимается и утилизируется после завершения работы с объектом исследования. Указанное применение защитной пленки позволяет не дезинфицировать цветную телевизионную камеру 4 (вместе с объективом 10) и широкодиаграммный источник холодного свечения 5 путем кипячения или применения других агрессивных сред.
После включения цветной телевизионной камеры (с видеозахватом) 4, широко диаграммного источника холодного свечения 5, контроллера 20, первого интерфейса 21 и микрокомпьютера 22 вместе со вторым интерфейсом 23 и обеспечения необходимых регулировок (смещений и разворотов зеркала 1, цветной телевизионной камеры 4 и широкодиаграммного источника холодного свечения 5, показанных на фиг.1 производится ввод зеркала 1, расположенного на стержне 2, в гортань пациента (объект исследования). Поток света от широкодиаграммного источника холодного свечения 5 попадает на зеркало 1, отражается от него, поступает на объект исследования (ОИ), отражается от ОИ, зеркала 1 и попадает на объектив 10 цветной телевизионной камеры 4. Таким образом, на объектив 10 цветной телевизионной камеры 4 проецируется оптическое цветное изображение поверхности объекта исследования. Это изображение предварительно запоминается контроллером 20, а затем через первый интерфейс (беспроводной приемопередатчик) 21 и второй интерфейс (беспроводной приемопередатчик) 23 вводится в память микрокомпьютера 22, который своей обратной связью управляет работой второго интерфейса 23, первого интерфейса 21, контроллера 20 и устанавливает требуемые параметры (яркость, насыщенность цветов) цветной телевизионной камеры 4.
Цветные телевизионные изображения поверхности объекта исследования записываются в память (базу данных) компьютера 4. Эти изображения называются текущими изображениями (ТИ) и характеризуют патологию (изменения) исследуемой поверхности внутреннего органа человека. Таким образом, формируется база данных патологий поверхности внутренних органов человека. ТИ сравниваются с эталонным изображением (ЭЙ), характеризующим исследуемую поверхность внутреннего органа человека без патологии и оцениваются требуемые параметры диагностики.
Положение и цвет зоны исследуемой поверхности оценивается по анализу положения и сочетания слагаемых взаимно-корреляционных функций (ВКФ). При распознавании цвета определяется цвет зоны, «окрашенного» в какой-либо тон, на основе следующего правила [3]:
к
з
с
п
ж
г
б
R
G
B
Ц=l, при Ц=Ц=Ц=Ц=Ц=Ц=0 или J=1, J=J=0;
з
к
с
п
ж
г
б
G
R
B
Ц=l, при Ц=Ц=Ц=Ц=Ц=Ц=0 или J=1, J=J=0;
с
к
з
п
ж
г
б
B
R
G
Ц=l, при Ц=Ц=Ц=Ц=Ц=Ц=0 или J=1, J=J=0;
п
к
с
з
ж
г
б
R
B
G
Ц=l, при Ц=Ц=1, Ц=Ц=Ц=Ц=0 или J=J=1, J=0;
ж
к
з
с
п
г
б
R
G
B
Ц=l, при Ц=Ц=1, Ц=Ц=Ц=Ц=0 или J=J=1, J=0;
г
с
з
к
п
ж
б
G
B
R
Ц=l, при Ц=Ц=1, Ц=Ц=Ц=Ц=0 или J=J=1, J=0;
б
к
з
с
п
ж
г
R
G
B
Ц=l, при Ц=Ц=Ц=1, Ц=Ц=Ц=0 или J=J=J=1,
к
з
с
п
ж
г
б
где Ц, Ц, Ц, Ц, Ц, Ц, Ц - соответственно уровни красного, зеленого, синего, пурпурного, желтого, голубого, белого цветов,
R
G
B
R
G
B
J, J, J - соответственно ВКФ, характеризующие красный, зеленый и синий цвета. Таким образом, по сочетанию ВКФ J, J, J можно определить любой цвет зоны исследуемой поверхности.
Слагаемые ВКФ описываются следующими выражениями [4]:
1
1
2
1
1
1
C
где F (x,y) - функция, описывающая цветное ТИ (в системе координат X, O, У);
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
R
G
B
R
R
R
G
G
G
B
B
B
F (x,y), F (x,y), F (x,y) - функции, описывающие ЭЙ (в системах координат X O Y , X O Y , X O Y ) пропускающие соответственно красную R, зеленную G и синюю В компоненту цвета;
К - коэффициент пропорциональности.
Геометрические характеристики зон исследуемой поверхности определяются следующими известными выражениями [4].
C
C
X,Y - координаты центра «тяжести» структурного элемента зоны изображения;
KX
KY
ΔM,ΔM - элементарные моменты по направлению соответствующих осей;
K
N - число точек (пиксел) в контуре;
i - номер контура;
СЭ
S - площадь структурного элемента зоны изображения, ограниченного контуром;
Ф
К - коэффициент формы;
Р - периметр контура.
СЭ
Площадь S и параметр Р структурного элемента определяется при обходе контура зоны. После получения необходимой информации происходит сопоставление текущей и эталонной информации (изображений).
Таким образом, ставится диагноз заболевания.
На этом один цикл работы устройства заканчивается.
По сравнению с известным, предполагаемое устройство обладает более высокими оперативностью и точностью постановки диагноза, удобством работы. Действительно, поскольку в базе данных устройства хранятся эталонные телевизионные изображения поверхности объекта исследования (т.е. ЭЙ) и они автоматически сравниваются с считываемыми изображениями (т.е. ТИ), отображающие патологию внутреннего органа, устанавливается диагноз заболевания. Это происходит быстро (оперативно) и точно (с помощью компьютера). Кроме этого, необходимая информация - изображения ТИ и ЭЙ, результаты диагностики отображается на мониторе компьютера, что свидетельствует об удобстве работы с предполагаемым устройством.
Источники информации:
1. Патент РФ №2030898 С 1, 1995
2. Техническое описание. Миасс: ЗАО «Научно-производственное предприятие «МЕДИКОН», 2003. - 3 с. http: www.miass.chel.su/~medicon.
3. 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.
4. Сырямкин В.И. и др. Системы технического зрения: Справочник. Томск: МГП «РАСКО», 1992. - 367 с.