УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ БАРАБАННОЙ ПЕРЕПОНКИ

Полезная модель относится к медицине и ветеринарии и может быть использована для обучения и совершенствования практическому навыку осмотра уха студентов медицинских и ветеринарных учебных заведений. Техническим результатом является получение действительных изображений барабанной перепонки высокого качества
Известны различного рода устройства - имитаторы, предназначенные для тренировки навыка осмотра уха (отоскопии). Как правило, подобные устройства состоят из муляжа ушной раковины и наружного слухового прохода, за которыми помещено изображение барабанной перепонки, нарисованное на бумаге или выполненное в виде фотографического слайда [Owen Н. Simulation in healthcare education: An extensive history. Springer, Cham, 2016]. Как пример, можно привести отечественный тренажер для ЛОРа, серийно выпускаемый фирмой Медиус, номер по каталогу Т-14 (Санкт-Петербург, http://www.medius.ru), зарубежный EAR Examination simulator II (Япония, Kyoto Kagaku со., LTD). Подобные устройства весьма просты и обладают хорошей четкостью и реалистичностью изображения (особенно, в случае использования слайдов), однако имеют существенный недостаток - как правило удается изготовить незначительное число отоскопических картин для таких симуляторов, содержащих лишь самые распространенные патологические состояния; обычно в комплекте симуляторов идет 6-12 подобных картин. Малое число отоскопических картин делает невозможным занятия на подобных устройствах для лиц, уже имеющих базовые навыки и желающих в дальнейшем совершенствоваться в диагностике болезней уха; отсутствует возможность интерактивного взаимодействия с ним, организации тестов, имитации различных процедур (пневматической отоскопии, продувания по Политцеру, парацентеза и др.). Попытки усовершенствовать данные устройства приводят к созданию реалистичных в тактильном плане, но содержащих малореалистичное изображение барабанной перепонки [Субботина М.В. Модель наружного и среднего уха для освоения навыков миринготомии (парацентеза) / Патент на полезную модель RU175732].
Возможно разнообразить отоскопическую картину, а также ввести дополнительные интерактивные функции, путем применения в симуляторах дисплея (ЖК-матрицы), помещенного за муляжом ушной раковины и наружного слухового прохода (симулятор AR405, Великобритания). Однако, при создании подобного устройства следует учитывать, что ввиду дискретности представления изображения на ЖК-матрице, объекты небольшого размера, такие как барабанная перепонка (длинный диаметр барабанной перепонки взрослого равен 9,5-10 мм, короткий - 8,5-9 мм) будут состоять из сравнительно небольшого числа пикселей (точек), ввиду чего представление их будет весьма грубым, лишенным множества мелких деталей, в которых как раз и нуждается обучающийся отоскопии. Кроме того, при отоскопии нередко используются различного рода увеличительные системы, такие как отоскопы, лупы, операционные микроскопы и т.д., при этом увеличение, в зависимости от выбранного оптического прибора, колеблется от 2 до 15-20 раз. При применении подобного увеличения становятся хорошо видны отдельные пикселы (точки) на ЖК-матрице (так называемый screen-dooreffect, SDE). Впервые этот эффект был описан одним из изобретателей цифровых проекторов G. Dolgoff [Kumparak G. A Brief History Of Oculus // TechCrunch, 2014] (Screen-door effect - «эффект москитной сетки», или оптический артефакт (обман зрения), наблюдаемый при использовании цифровых проекторов, когда тонкие линии, разделяющие пиксели, становятся видимыми на экране). Обычный способ борьбы с этим эффектом - применение все более высококачественных специально изготовленных ЖК-матриц, однако, полной четкости изображения таким путем достичь все равно не удается. Отсутствие четкости изображения и малая его детализация делают невозможным применение в конструкции симуляторов отоскопии устройств, использующих ЖК-матрицу, помещенную за муляжом ушной раковины и наружного слухового прохода, для создания изображения барабанной перепонки [Arora A., Lau L.Y., Awad Z., Darzi A., Singh A., Tolley N. Virtual reality simulation in Otolaryngology // Int. J. Surg. 2014;12(2):87-94; Javia L., Deutsch E.S. A systematic review of simulators in otolaryngology // Otolaryngol. Head Neck Surg. 2012Dec;147(6):999-1011.].
Также существуют устройства, содержащие одну линзу, расположенную перед ЖК-матрицей [Otosim, Canada, System, method and computer program for training for medical examinations involving body parts with concealed anatomy, патент США US9548003B2, 2011] или более сложную оптическую систему, что позволяет избавиться от описанного эффекта screen-door пикселизации и достичь более высокого качества изображения.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство для создания изображения барабанной перепонки [Воронина Е.А. и соавт. Устройство для создания изображения барабанной перепонки // патент на полезную модель RU193585], которое содержит в себе муляж ушной раковины и наружного слухового прохода, с установленной позади него ЖК-матрицей и объективом, линзовая система которого создает мнимое перевернутое изображение ЖК-матрицы в промежуточной плоскости объектива. Это позволяет создавать изображение чрезвычайно высокого качества, лишенное screen-door эффекта пикселизации, пригодное для целей обучения медицинского персонала. Однако, подобная система обладает и существенным недостатком - рассматриваемое изображение является мнимым, непригодным для стереоскопического зрения (двоится из-за несовпадения оптических осей правого и левого глаза), при рассмотрении его под значительными углами (попытке увидеть край изображения через ограниченную апертуру ушной воронки и наружного слухового прохода) вместо изображения можно увидеть внутреннюю стенку объектива.
Задача настоящей полезной модели заключается в создании высококачественного изображения барабанной перепонки. Поставленная задача достигается тем, что полезная модель «Устройство для создания изображения барабанной перепонки» содержит муляж ушной раковины и наружного слухового прохода, и использует для создания изображения барабанной перепонки ЖК-матрицу, снабженную оптической системой, создающей проекцию изображения матрицы на проекционный экран, позволяющую создавать действительные качественные изображения барабанной перепонки.
Оптическая схема полезной модели перепонки представлена на фиг. 1. Полезная модель «Устройство для создания изображения барабанной перепонки» содержит
1 - дисплей (ЖК-матрица),
2 - объектив,
3 - плоскость промежуточного изображения,
4 - отоскопическая воронка,
5 - глаз,
6 - проекционный экран,
7 - муляж ушной раковины и наружного слухового прохода.
Изображение дисплея 1 проецируется при помощи объектива 2 в плоскость промежуточного изображения 3 на установленный в этой плоскости проекционный экран 6. Уменьшенное и перевернутое изображение дисплея 1 на проекционном экране 6 рассматривается наблюдателем при помощи отоскопической воронки 4, вводимой в муляж ушной раковины и наружного слухового прохода 7. Глаз наблюдателя 5 располагается на расстоянии наилучшего зрения l от плоскости промежуточного изображения 3 и установленного в ее плоскости проекционного экрана 6.
Проекционный экран выполняется из матового стекла или матовой пленки, выполняя функцию проекции на просвет.
Использование дополнительного проекционного экрана приводит к тому, что наблюдатель рассматривает действительное изображение на нем, что по ряду причин значительно превосходит мнимое изображение, получающееся в аналогичных системах без проекционного экрана. Одно из важнейших отличий - действительное изображение одно, рассматривать его можно обеими глазами; в случае систем без проекционного экрана при рассматривании изображения обеими глазами возникает эффект двоения, связанный с тем, что в этом случае оптические оси глаз наблюдателя не совпадают и каждый видит свое изображение. Кроме того, при рассматривании краев мнимого изображения через ограниченную апертуру (ушную воронку) в системах без проекционного экрана можно увидеть внутреннюю стенку самого объектива. В предлагаемой системе с проекционным экраном этот эффект исключен.
Применение полезной модели в конструкции отоскопических симуляторов позволяет значительно улучшить качество и реалистичность создаваемого изображения барабанной перепонки и условия для его просмотра обучающимися, что способствует повышению качества обучения специалистов.
Чертеж реализованной нами полезной модели - устройства для создания изображения барабанной перепонки приведен на фиг. 2, фотография этого устройства - на фиг. 3. На фиг. 4 на фотографии приводится момент использования устройства в практических целях. На дисплее 1 при этом создается изображение барабанной перепонки, которое рассматривается глазом наблюдателя 5 на проекционном экране 6, установленном в плоскости промежуточного изображения 3 объектива 2 с помощью отоскопической воронки 4 (или отоскопа) для реалистичной имитации отоскопии вводимого в муляж ушной раковины и наружного слухового прохода 7. Изображение на проекционном экране 6 создается при помощи объектива 2. Таким образом, удается создать чрезвычайно высококачественное изображение барабанной перепонки, пригодное для демонстрации и обучения специалистов.