Оптическая система устройства для конъюнктивальной микроскопии

Полезная модель относится к области медицинской оптики и может быть использована для инструментального наблюдения микроциркуляции крови в сосудах конъюнктивы глазного яблока.
Известна система для 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 (см. RU №46164, МПК A61B 5/02, 2005).
Однако известному устройству, как и всем подобным устройствам на основе щелевых ламп, присущи и все их недостатки, а именно: известная система формирует блик на изображении, это затрудняет или делает невозможным морфологический анализ изображения, требует фиксации головы пациента, освещение точечным источником приводит к неравномерному освещению исследуемого поля, что также затрудняет количественный морфологический анализ площади микрососудистого русла по изображению, получение качественного изображения требует затрат времени, поскольку установка освещения, наводка на резкость проводится оператором.
Известна также оптическая система устройства для конъюнктивальной микроскопии, включающая видеокамеру с системой переноса изображений, осветитель, содержащий светодиоды, жестко закрепленные на видеокамере, ориентированные под углом к оптической оси системы переноса изображений, блок питания, блок связи, выполненный с возможностью поддержания динамической обратной связи между оптической системой и системой управления (см. RU №141613, МПК A61B 3/10, 2014).
Недостатками этого устройства являются формирование блика на изображении, что затрудняет или делает невозможным морфологический анализ изображения, использование двух точечных источников света приводит к неравномерному освещению исследуемого поля, что затрудняет количественный морфологический анализ площади микрососудистого русла по изображению, закрепление источников света на корпусе видеокамеры снижает устойчивость устройства к внешнему электромагнитному излучению за счет длины проводников. Все это снижает достоверность диагностической информации, получаемой с помощью устройства.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение достоверности диагностической информации, получаемой с помощью устройства.
Технический результат, проявляющийся при решении поставленной задачи, выражается в исключении возможности появления бликов на изображении, нивелировании неоднородности освещения исследуемого поля и повышении устойчивости устройства к внешнему электромагнитному излучению.
Поставленная задача решается тем, что оптическая система устройства для конъюнктивальной микроскопии, включающая видеокамеру с системой переноса изображений и осветитель, содержащий светодиоды, блок питания, блок связи, выполненный с возможностью поддержания динамической обратной связи между оптической системой и системой управления, отличается тем, что светодиоды осветителя отделены от видеокамеры теплоизоляционной перегородкой и сопряжены по оптической оси с торцом блока переноса освещения, выполненным в виде световодов из полиметилметакрилата, которые расположены вокруг оптической оси системы переноса изображений с равным шагом, при этом торцы блока переноса освещения жестко закреплены в корпусе устройства таким образом, что направление их выходящего светового потока составляет угол 36° относительно оптической оси системы переноса изображений, причем длина волны, излучаемая каждым светодиодом, выбрана так, чтобы степень поглощения излучения различными формами гемоглобина была максимально близка, предпочтительно 530 нм. Кроме того, как светодиоды осветителя использованы зеленые светодиоды с длиной волны излучения 530 нм марки LUXEON LXML-PM01-0090.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
При этом совокупность признаков отличительной части формулы полезной модели исключает возможность появления бликов на изображении, нивелирует неоднородности освещения исследуемого поля и повышает устойчивость устройства к внешнему электромагнитному излучению.
Заявляемое портативное устройство за счет предлагаемой компоновки составляющих его элементов, а именно использования блока переноса освещения, производит устранения артефактов изображения без усложнения программного кода процесса обработки изображения, обеспечивает экспресс съемку конъюнктивы глаза, результатом работы имеет наиболее качественные данные, полученные за меньший временной промежуток, позволяет исследовать конъюнктиву пациента, находящегося как в любом положении, в том числе вынужденном, что бывает часто необходимо в экстренных ситуациях для анализа состояний, например ожоговых больных и больных в состоянии шока, и может успешно применяться персоналом медицины катастроф в чрезвычайных ситуациях, военнослужащими в вооруженных конфликтах, например при сортировке раненых и больных.
На фиг. 1 показана блок схема оптической системы устройства для конъюнктивальной микроскопии; на фиг. 2 - схема освещенности поверхности при наклоне оптического волокна под углом к оптической оси; на фиг. 3 - вид корпуса оптической системы устройства для конъюнктивальной микроскопии; на фиг. 4 - общий вид подведения оптического волокна внутри корпуса (разрез по А-А на фиг. 3).
На чертежах показаны видеокамера 1, система 2 переноса изображений, осветитель 3, блок 4 оповещения, блок 5 питания, конъюнктива 6 глаза, область антиградиентного освещения 7, блок 8 переноса освещения, блок 9 беспроводной связи оптической системы, элемент 10 беспроводной трансляции изображения, элемент 11 беспроводной трансляции характеристик изображения, элемент 12 беспроводного контроля характеристик освещения, элемент 13 беспроводного канала оповещения.
Участок, обозначенный на фиг. 2 символом а - зона максимальной интенсивности, обусловленная формированием блика, b - зона постепенного снижения градиента освещенности, с - зона резкого снижения уровня градиента освещенности.
Оптическая система устройства для конъюнктивальной микроскопии содержит видеокамеру 1 с системой 2 переноса изображений, осветителем 3, блоком 8 переноса освещения, блок 4 оповещения и блок 5 питания. В корпусе видеокамеры 1 жестко закреплены три конструкционно разделенные с видеокамерой теплоизоляционной перегородкой, светодиоды осветителя 3, ориентированные под углом не менее 36° к оптической оси системы 2 переноса изображений, сопряженные по оптической оси с торцом блока 8 переноса освещения. Блок 8 переноса освещения выполнен из полиметилметакрилатного (ПММА) оптоволокна. При этом оптическое волокно расположено вокруг оптической оси системы 2 переноса изображений с равным угловым шагом, и второй торцевой частью жестко закреплено на блоке 8 переноса освещения таким образом, что направление выходящего светового потока составляет угол 36° относительно оптической оси системы 2 переноса изображений. Причем длина волны, излучаемая светодиодом, выбирается таким образом, чтобы степень поглощения излучения различными формами гемоглобина была максимально близкой, например, зеленые светодиоды (530 нм) марки LUXEON LXML-PM01-0090. Блок 5 питания соединен с блоком 9 беспроводной связи оптической системы, блоком 4 оповещения, видеокамерой 1 и осветителем 3. Осветители 3 соединены с элементом 12 беспроводного контроля характеристик освещения и формируют световые пятна (область антиградиентного освещения 7) на конъюнктиве 6 глаза. Видеокамера 1 соединена с элементом 10 беспроводной трансляции изображения и элементом беспроводной трансляции характеристик изображения. Элемент 13 беспроводного канала оповещения соединен с блоком 4 оповещения.
Для достижения равномерного градиента освещения применена технология рассеянного освещения.
Оптическая система устройства для конъюнктивальной микроскопии работает следующим образом.
Оптическую систему располагают вблизи от глаза пациента таким образом, чтобы выбранный участок конъюнктивы 6 находился на фокусном расстоянии системы 2 переноса изображения, перпендикулярно оптической оси устройства, ждут автоматической регулировки яркости блока 3 освещения.
Видеокамера 1 через элемент 10 беспроводной трансляции изображения транслирует отснятые кадры. Через элемент 11 беспроводной трансляции характеристик изображения видеокамере 1 сообщаются передаточные характеристики камеры. Элемент 12 беспроводного контроля характеристик освещения сообщает осветителям 3, которые согласуют световой поток, попадающий на приемную матрицу видеокамеры 1 с ее передаточными характеристиками для получения изображений конъюнктивы 6 через блок 8 переноса освещения. Элемент 13 беспроводного канала оповещения сообщает блоку 4 оповещения о начале/прекращении процессе съемки.
Таким образом, за счет блока 8 переноса освещения, происходит устранение бликовых пятен на поверхности конъюнктивы 6 глаза, что устраняет артефакты изображения, и осветители 3, размещенные внутри корпуса устройства, менее подвержены воздействию внешнего электромагнитного излучения.
Заявляемое устройство реализовано с использованием видеокамеры высокого разрешения (1280×1024), преимущественно высокоскоростной (60 кадров/с и выше), например, камера HERO (3) Black Edition производства фирмы «GoPro», в составе которой КМОП матрица Sony IMX117 и видеокодер Ambarella А770 с Samsung S4LL011X01. Осветители 3 выполнены на базе зеленых светодиодов, например, зеленые светодиоды (530 нм) марки LUXEON LXML-PM01-0090. Размещение электронных компонентов осветительной системы приоритетно внутри корпуса, что не несет потери качества освещения. Блок 8 переноса освещения выполнен из полиметилметакрилатного волокна с диаметром сердцевины 0.75 мм. Среднее время обследования составляет 1 мин 40 с.
Таким образом, устройство, включающее в себя блок 8 переноса освещения, позволяет повысить количество информативных снимков, что ускоряет процесс обработки данных.
Изменения в процессе съемки сосудов конъюнктивы предлагаемой оптической системы устройства заключается в следующем.
Оператор в одну руку берет оптическую систему, а другой раздвигает веки пациента и располагает видеокамеру 1 так, чтобы изучаемый участок конъюнктивы 6 находился в области антиградиентного освещения 7 блока 8 переноса освещения. Далее, он плавно перемещает видеокамеру 1 в направлении оптической оси в обе стороны от этого положения на расстоянии 3-5 мм вдоль оптической оси устройства, наблюдая за положением освещенной области антиградиентного освещения 7 блока 8 переноса освещения осветителем 3. Прекращение сигнала блока 4 оповещения информирует оператора о завершении процесса измерений.