ИНФРАКРАСНЫЙ СЕНСОР ДЛЯ АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ИНФРАКРАСНОЙ ДИАФАНОСКОПИИ ТКАНЕЙ РОТОВОЙ ПОЛОСТИ
INFRARED SENSOR FOR HARDWARE AND SOFTWARE COMPLEX OF INFRARED TRANSILLUMINATION OF ORAL TISSUES

Изобретение относится к медицинскому приборостроению, а точнее к аппаратно-программным комплексам визуализации структуры биологических тканей и органов методом инфракрасной диафаноскопии тканей ротовой полости (далее ТРП) в диагностических и терапевтических целях.
Изобретение основано на известном из уровня техники способе получения изображения твердых и мягких биотканей по патенту на изобретение (RU 2115927, МПК: 6 G01N 33/483, опубликованное 20.07.98 г.), заключающемся в том, что диагностируемый объект просвечивают монохроматическим линейно-поляризованным расходящимся инфракрасным излучением в диапазоне для волн от 0,7 мкм до 1.1 мкм.
В состав лечебно-диагностического комплекса «Флюорит-4С» входит блок управления и питания, зонд осветитель, зонд регистратор и монитор. Расходящееся излучение лазерного диода, сформированное оптической системой, проходит через поляризатор и освещает анализируемый зуб. Прошедшее излучение формируется на чувствительной площадке приемника объективом и отображается на экране монитора.
Недостатками существующего лечебно-диагностического комплекса «Флюорит-4С», реализованного на базе указанного способа, являются: наличие двух крупно - габаритных зондов, располагаемых в ротовой полости при обследовании; трудность позиционирования зондов на одной оптической оси; отсутствие линейки типоразмеров устройства, адаптированных под различные типы зубов; отсутствие возможности фиксации положения зондов в ротовой полости при обследовании; отсутствие возможности регистрировать и сохранять цифровые изображения ТРП.
Из уровня техники известен диагностический комплекс KaVo DIAGNOcam, предназначенный для инфракрасной визуализации кариозных полостей на ранней стадии (Интернет-ресурс- URL: https://www.kavo.com/ru-ru/Стоматологические-инструменты/diagnocam-диагностическая-программа-kavo, дата обращения: 19.04.2019) Диагностический комплекс содержит фоторегистратор с видеокамерой и осветитель с источником излучения в виде светодиода, размещенные в корпусе съемного стерилизуемого наконечника, и блока управления мощностью излучения размещенного на рукоятке, связанные с персональным компьютером, при этом осветители установлены на фиксированном расстоянии друг напротив друга, а видеокамера - сверху. Механическая фиксация осуществляется без контроля расстояния от поверхности ткани зуба до фоторегистратора.
К недостаткам указанного аналога относится: невозможность обследовать мягкие ткани пародонта с целью обнаружения очагов воспаления; отсутствие фиксирующих видеокамеру конструктивных элементов, которые необходимы для стабилизации условий регистрации изображений; отсутствие комплекта стерилизуемых насадок, адаптированных под различные типы зубов; отсутствие функции автоматического обнаружения и численной оценки стадии воспалительного процесса в тканях пародонта.
Из уровня техники также известен инфракрасный сенсор для аппаратно-программного комплекса инфракрасной диафаноскопии тканей ротовой полости по патенту на изобретение (US 2018028063 A1, А61В 5/0088, 01/02/2018), предназначенный для построения трехмерных моделей и диагностики дефектов зубов, который принят нами за прототип и содержит установленные в корпусе инфракрасного сенсора источник излучения в виде лазерного диода, выполненный с возможностью подключения и регулировки мощности излучения к блоку питания лазерного диода, микрокомпьютеры, выполненные с возможностью связи с персональным компьютером и подключенные к двум видеокамерам противоположно установленным на боковых ребрах П-образной головки наконечника, съемно установленного на корпусе инфракрасного сенсора, при этом напротив каждой видеокамеры установлена оптическая призма.
К недостаткам прототипа относится:
невозможность обследовать мягкие ткани пародонта с целью обнаружения очагов воспаления;
отсутствие функции автоматического обнаружения и численной оценки стадии воспалительного процесса в мягких и твердых тканях пародонта;
отсутствие комплекта стерилизуемых насадок, адаптированных под различные типы зубов
Задачей предложенного изобретения является разработка эффективного автономного инфракрасного сенсора для аппаратно-программного комплекса инфракрасной диафаноскопии в моноблочной компоновке повышенной комфортности, позволяющего увеличить точность обнаружения очагов воспаления и диагностики состояния мягких и твердых тканей ротовой полости и как следствие повышение качества оказания терапевтического воздействия при лечении гингивита и пародонтита.
Технический результат предложенного изобретения заключается в следующем:
выполнен в компактной моноблочной компоновке всех функциональных элементов инфракрасного сенсора (далее ИК - сенсора) для аппаратно-программного комплекса инфракрасной диафаноскопии (далее - АПК ИКД);
в конструкции предусмотрен комплект сменных стерилизуемых насадок съемного стерилизуемого наконечника ИК - сенсора, с учетом возраста пациентов (взрослые или дети);
комплект сменных стерилизуемых насадок адаптирован под различные типы зубов (жевательные, резцы, клыки);
позволяет оперативно формировать и регистрировать изображения ТРП в режиме реального времени.
Новый технический результат достигается за счет того, что инфракрасный сенсор для аппаратно-программного комплекса инфракрасной диафаноскопии тканей ротовой полости содержит установленные в корпусе инфракрасного сенсора источник излучения в виде лазерного диода, выполненный с возможностью подключения и регулировки мощности излучения к блоку питания лазерного диода, микрокомпьютеры, выполненные с возможностью связи с персональным компьютером и подключенные к двум видеокамерам противоположно установленным на боковых ребрах П-образной головки наконечника, съемно установленного на корпусе инфракрасного сенсора, при этом напротив каждой видеокамеры установлена оптическая призма.
Отличие, согласно изобретения, состоит в том, что оптические призмы связаны через оптоволоконные элементы и переключатель направления освещения, установленный в корпусе инфракрасного сенсора с источником излучения, съемный наконечник выполнен стерилизуемым и снабжен сменной стерилизуемой насадкой из комплекта стерилизуемых насадок адаптированных под различные типы зубов, корпус которой выполнен с возможностью закрепления посредством выступов и ответных углублений на корпусе инфракрасного сенсора, при этом сменная стерилизуемая насадка снабжена фиксирующим элементом в виде технологического выступа, размещенного в месте соприкосновения с зубом для фиксации инфракрасного сенсора в процессе обследования пациента.
Отличия также еще состоят в том, что сменная стерилизуемая насадка снабжена прозрачными защитными экранами.
Сущность предложенного изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
Фиг. 1 - функциональная схема АПК ИКД с ИК - сенсором в разрезе;
Фиг. 2 - ИК-сенсор, в изометрической проекции;
Фиг. 3 - сменная стерилизуемая насадка с элементами крепления к съемному наконечнику ИК - сенсора;
Фиг. 4 - сменная стерилизуемая насадка ИК - сенсора для установки на жевательные зубы, поперечный разрез;
Фиг. 5 - сменная стерилизуемая насадка ИК - сенсора для установки на резцы, поперечный разрез.
ИК - сенсор, входящий в систему аппаратно-программного комплекса визуализации структуры биологических тканей и органов методом инфракрасной диафаноскопии ТРП в диагностических и терапевтических целях, предназначен для:
• визуализации очагов воспаления в тканях пародонта в проходящем неионизирующем излучении ближнего ИК диапазона (диапазон длин волн от 800 до 1200 нм);
• визуализации скрытых кариозных полостей на ранней стадии, дефектов пломб, трещин костной ткани;
• оказания терапевтического воздействия излучением ближнего ИК диапазона (диапазон длин волн от 800 до 1200 нм) в целях снижения интенсивности воспалительного процесса при гингивите, пародонтите, терапии ранних стадий кариеса, устранения трещин эмали на ранней стадии.
Аппаратно-программный комплекс инфракрасной диафаноскопии мягких и твердых тканей ротовой полости включает:
Ч ИК - сенсор 1 со съемным стерилизуемым наконечником и выполненный в моноблочной компоновке;
- 4 блок питания 3 (БШ) микрокомпьютеров и видеокамер ИК - сенсора; А блок питания 5 (БП2) лазерного диода ИК - сенсора;
- 4 персональный компьютер 6 (ПК) со стандартным и специальным программным обеспечением;
ИК - сенсор 1, как часть аппаратно-программного комплекса инфракрасной диафаноскопии тканей ротовой полости, содержит установленные в его корпусе:
микрокомпьютеры 2 выполненные с возможностью подключения к блоку питания 3 (БП1) и связи с персональным компьютером 6;
источник излучения в виде лазерного диода 4, выполненный с возможностью подключения и регулировки мощности излучения к блоку питания 5 (БП2) лазерного диода;
переключатель направления освещения 7 и оптоволоконные элементы 8;
видеокамеры 9 подключены к микрокомпьютерам 2 от которых управляются и противоположно установлены на боковых ребрах П-образной головки наконечника, съемно установленного на корпусе инфракрасного сенсора 1, при этом напротив каждой видеокамеры 9 установлена оптическая призма 10;
Оптические призмы 10 связаны через оптоволоконные элементы 8 и переключатель направления освещения 7, установленный в корпусе инфракрасного сенсора 1 с источником излучения в виде лазерного диода 4.
Съемный наконечник инфракрасного сенсора 1 выполнен стерилизуемым и снабжен сменной стерилизуемой насадкой 11 из комплекта стерилизуемых насадок адаптированных под различные типы зубов.
Сменная стерилизуемая насадка 11 снабжена прозрачными защитными экранами 12, а ее корпус выполнен с возможностью закрепления посредством выступов 13 и ответных углублений 14 на корпусе инфракрасного сенсора 1.
Кроме того, сменная стерилизуемая насадка 11 снабжена фиксирующим элементом 15 в виде технологического выступа, размещенного в месте соприкосновения с зубом для фиксации инфракрасного сенсора 1 в процессе обследования пациента.
Персональный компьютер 6 (ПК) со стандартным и специальным программным обеспечением предназначен для вычисления характеристик текущих и зарегистрированных изображений мягких тканей пародонта, отображения зарегистрированных изображений для врача, маркирования очагов повреждения МТП на отображаемом изображении, формирования и хранения протокола обследования и изображений.
Блок питания 3 (БП1) обеспечивает микрокомпьютеры 2 и видеокамеры 9 электропитанием с требуемыми параметрами.
Блок питания 5 (БП2) обеспечивает электропитание лазерного диода 4 с требуемыми параметрами, а также регулировку его мощности излучения.
Работа предложенного ИК - сенсора 1 осуществляется следующим образом.
Перед началом диагностики врач-стоматолог обязан проводить дезинфекцию наружных поверхностей ИК - сенсора 1 в той части, где размещен съемный стерилизуемый наконечник с П-образной головкой.
Для этой цели врач-стоматолог выбирает необходимую для обследуемого зуба сменную стерилизуемую насадку 11 из комплекта стерилизуемых насадок съемного стерилизуемого наконечника ИК - сенсора 1.
Стерилизация съемного наконечника ИК - сенсора 1 и комплекта сменных стерилизуемых насадок 11 осуществляется с помощью нанесения на ее наружные поверхности стерилизующего раствора.
После подготовки к работе врач-стоматолог располагает ИК-сенсор 1 в ротовой полости пациента, и наблюдает регистрируемый видеопоток и диагностическую информацию на дисплее персонального компьютера 6 (ПК).
При этом в зависимости от возраста пациентов (взрослые или дети), используется одна из комплекта сменных стерилизуемых насадок 11 съемного стерилизуемого наконечника ИК - сенсора 1 с фиксирующими элементами 15.
Причем размер технологического выступа фиксирующего элемента 15 зависит от вида зубов (жевательный, резец, клык), на который фиксируется стерилизуемая насадка 11 съемного стерилизуемого наконечника ИК - сенсора 1.
ИК - сенсор 1 в процессе работы располагается на зубе, в окрестности которого находятся исследуемые участки мягких тканей пародонта. При этом видеокамеры 9 и оптические призмы 10 ИК - сенсора 1 располагаются напротив исследуемых участков.
Регистрация изображения осуществляется с противоположной от осветителя стороны освещаемого участка пародонта. Из-за различия показателей поглощения и рассеяния поврежденной и неповрежденной областей ТРП. Модулированное участком ТРП излучение проецируется оптической системой фоторегистратора на фоточувствительную матрицу видеокамеры 6, выполняющей функцию регистрации изображения.
Изображение с видеокамеры 9 поступает в микрокомпьютер 2 и через него передается на ПК 6 для обработки, сохранения в базе данных (БД) и отображения врачу-стоматологу на дисплее. В ПК 6 с установленным стандартным и специальным программным обеспечением осуществляется обработка, хранение и воспроизведение изображений. Управление видеокамерами 9 и сохранение зарегистрированных изображений в базе данных осуществляется через микрокомпьютеры 2.
Стандартное программное обеспечение АПК ИКД, обеспечивает взаимодействие видеокамер 9 и ПК 6 через микрокомпьютеры 2, а также возможность регистрации, обработки и отображения изображений на мониторе ПК 6.
Специальное программное обеспечение (далее - СПО) обеспечивает: - 4 вычисление параметров текущих и зарегистрированных изображений МТП; маркирование участков воспаления на отображаемых врачу изображениях; извлечение из памяти результатов предыдущих обследований и сохранение результатов текущего обследования.
В процессе осмотра врач-стоматолог с помощью СПО формирует запись в БД о приеме пациента, извлекает из БД зарегистрированные инфракрасные изображения тканей пародонта пациента и осуществляет их сравнение с текущими изображениями, отображаемыми на дисплее. По результатам выполненного сравнения врач дает оценку динамики состояния ТРП, оформляет протокол обследования, сохраняет изображения и протокол обследования в БД АПК МТП.
Таким образом, использование предложенной разработки в стоматологии позволит увеличить точность обнаружения и диагностику состояния мягких и твердых тканей ротовой полости. А также повысить качество оказания терапевтического воздействия при лечении пародонтита, и терапии ранних стадий кариеса, устранения трещин эмали на ранней стадии.