Оптико-электронное устройство для диагностики офтальмологических заболеваний

Полезная модель относится к вычислительной технике и приборам офтальмологической бесконтактной диагностики и может быть использована для
- выявления на начальной стадии оптически значимой катаракты посредством обнаружения помутнения хрусталика, - вычисления величины помутнения,
- диагностики глазодвигательного аппарата;
- проведения экспресс-диагностики при массовых осмотрах населения и частных визитах граждан в первичные медицинские учреждения.
Известно устройство и метод [Methods and apparatus for cataract detection and measurement, пат. США 8746885], заключающиеся в генерации излучения, пропускаемого через два жидкокристаллических экрана и последующей регистрации на приемном устройстве отраженного от глазного дна отклика света и его формы. Под формой понимается форма двух категорий - точеный отклик, близкий к форме окружности очень малого размера, и отклик не точечного характера формой, содержащей центр и окрестности, близкие к форме комы.
Недостатком данного устройства является относительная высокая сложность расположения указанных элементов друг относительно друга и относительно глаза, сложность позиционирования элементов и устройства напротив глаза для точного измерения помутнения.
Известно устройство-дисплей на базе метода для детектирования катаракты [Digital display cataract eye detection method, пат. США 8523360] принцип функционирования которого заключается в воспроизведении нескольких серий кривых линий, расположенных на постоянном уменьшающемся от серии к серии шаге, предъявляемых для наблюдения пациенту. Диагностика осуществляется субъективно посредством определения групп линий до тех пор, пока они не будут сливаться в единый неразрывный размытый объект. Недостатком устройства является отсутствие средств объективного контроля и измерения величины помутнения.
Известна диагностика катаракты по степени затемненности сетчатки глазного дна [Способ диагностики начальной оптически значимой катаракты, заявка 2006109917/14, 28.03.2006, пат. 2310370 РФ от 20.11.2007], изображенного на цветной фотографии, полученной бесконтактным способом через зрачок с помощью фундус-камеры, снабженной цифровой камерой, с применением низкоинтенсивной ксеноновой вспышки. Степень затемненности сетчатки, производимой тенью помутневшего зрачка, определяют по автоматически распечатываемым на фотографии значениям затемненности в процентах, выдаваемым камерой. При условии затемненности сетчатки на изображении определяют начальную стадию оптически значимой катаракты.
Недостатком изобретения является использование вспышки в качестве источника освещения, что может привести к негативному кратковременному воздействию на глаз и на пациента, ручным операциям определения величины помутнения по фотографии.
Известено также изобретение, основанное на определении видимости линий раздельно [Cataract detection eye chart, пат. США 8272741]. Недостаток метода и реализующего его устройства аналогичен - нет средств объективного контроля величины различимости линий и, как следствие, объективных средств оценивания степени помутнения.
Известен способ, на базе которого может быть сделано устройство диагностики, заключающиеся в том, что на хрусталик воздействуют лазерным излучателем длиной волны диапазона 320-350 нм, интенсивность флуоресценции хрусталика регистрируют на спектрометре в трех точках на длинах волн 400, 440, 500 нм, диагноз ставят в зависимости от значения рассчитанного индекса помутнения [пат. РФ 2326582 от 20.06.2008].
Недостатком устройства является техническая сложность регистрации процесса флюористенции на трех различных длинах волн раздельно, а также влияние фонового освещения в кабинете, где проводится диагностика на результат, вследствие возможного суммирования флюорисцирующего и фонового излучений.
Известно также устройство «щелевая лампа», обеспечивающее визуальное наблюдение оптических сред глаза, недостатком которого является исключительно ручной режим диагностики опытным врачом и невозможность реализации автоматической и быстрой диагностики низкоквалифицированным медицинским персоналом.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является Оптико-электронное устройство обнаружения помутнения хрусталика глаза и диагностики катаракты [пат. РФ 2594944, 20.08.2016]. Устройство обеспечивает автоматизированную диагностику помутнения и локализации хрусталика и, как следствие, диагностику катаракты.
Недостатком устройства является низкая точнось диагностики, обуловленная отсуствием средств регистрации флюоресценции и низкий функционал устройства.
Технической задачей полезной модели является повышение точности диагностики катаракты за счет введения дополнительных процедур регистрации флюоресценции области помутнений, а также расширение функциональных возможностей с целью регистрации движений глаз и диагностики глазодвигательного аппарата.
Задача решается тем, что в известное устройство, содержащее инфракрасный светодиод, оптико-электронный датчик (ОЭД), системную шину, опертивное запоминающее устройство, (ОЗУ) введены фиолетовый светодиод, контроллер подстветки, буферное запоминающее устройство (БЗУ), детектор зрачка, контроллер, дисплей, клавиатура, причем выход оптик-электронного датчика подключен к первому входу БЗУ, вход выход которого подключен к первому входу выходу системной шины, вход оптико-электронного датчика подключен к второму выходу управляюшего контроллера, первый выход управляюшего контроллера подключен к второму входу БЗУ, третий выход управляющего контроллера подключен к входу контроллера подстветки, первый выход которого подключен к входу инфракарсного (ИК) светодиода , а второй выход которого подключен к входу фиолетового светодиода, вход-выход управляющего контроллера полюкчен к третьему входу выходу системной шины, второй вход выход которой соединен с входов выходом детектором зрачка, четвертый вход выход системной шины подключен к входу выходу ОЗУ, пятый вход выход системной шины подключен к входу выходу контроллера, шестой вход выход системной шины подключен к входу выходу дисплея, седьмой вход выход системной шины подключен к входу выходу клавиатуры.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана структурная схема устройства.
Устройство содержит инфракрасный светодиод 2, оптико-электронный датчик (ОЭД) 1, системную шину 12, опертивное запоминающее устройство (ОЗУ) 8, фиолетовый светодиод 3, контроллер подсветки 5, буферное запоминающее устройство 4,  детектор зрачка 7, контроллер 9, дисплей 10, клавиатура 11, причем выход оптик-электронного датчика 1подключен к первому входу БЗУ 4, вход выход которого подключен к первому входу выходу системной шины 12, вход оптико-электронного датчика 1 подключен к второму выходу управляюшего контроллера 6, первый выход управляюшего контроллера 6 подключен к второму входу БЗУ 4, третий выход управляющего контроллера 6 подключен к входу контроллера подстветки 5, первый выход которого подключен к входу инфракрасного светодиода 2, а второй выход которого подключен к входу фиолетового светодиода 3, вход-выход управляющего контроллера 6 полюкчен к третьему входу выходу системной шины 12, второй вход выход которой соединен с входов выходом детектором зрачка 7, четвертый вход выход системной шины 12 подключен к входу выходу ОЗУ 8, пятый вход выход системной шины 12 подключен к входу выходу контроллера 9, шестой вход выход системной шины 12 подключен к входу выходу дисплея 10, седьмой вход выход системной шины 12 подключен к входу выходу клавиатуры 11.
Устройство работает в двух режимах – диагностике каракты и диагностики глазодвигательного аппарата. Выбор режима осуществляется с клавиатуры 11. Пользователь выбирает с клавиатуры 11 необходимый режим и с входа-выхода клавиатуры через седьмой вход выход системной шины 12, далее через пятый вход выход СШ 12 и далее через вход –выход контроллера 9 подается управляющий сигнал, определяющий режим работы.
В первом режиме – в режиме диагностике катаракты устройство работает следующим образом.
Оптико-электронный датчик 1 ориентируют соосно оси визирования глаза пациента. Изображения с оптико-электронного датчика 1 непрерывно поступают кадр за кадров в буферное ЗУ 4 и далее с входа-выхода буферного ЗУ через первый вход выход СШ 12 и далее четвертый вход выход СШ 12 записывается в ОЗУ 8 и поступает через второй вход-выход системной шины в дектор зрачка 7. Дектор зрачка 7 обнаруживает в реальном времени зрачок и определяет его координаты в двумерной системе координат и передает полученные координаты и момменты времения, в которые измерены координата в ОЗУ 8 через свой вход-выход, второй и четвертый входы-выходы системной шины 12 в ОЗУ 8.
Одновременно с этим к подсветки 5 непрерывно с интервалом времени 0,5 секунды включает ИК светодиод 2, затем выключает его и включает фиолетовый светодиод 3 и затем выключает его и вновь включает ИК светодиод 2 и тка в бесконечном цикле. Как отмечено выше, ОЭД 1 при этом непрерывно получает изображения, которые рассмтренным образом записываются в ОЗУ 8.
Таким образом, в ОЗУ 8 хранятся последовательности кадров изображений глаза и координаты центра зрачка с привязкой к времени регистрации кадров.
Контроллер 9 извлекая кадр за кадром из ОЗУ 8 по вычисленным ранее координатам зрачка производит оценку яркости пикселей зрачка и оценку их цвета в каждый момент времени. Оценка яркоти проводится по двум критериям:
- сравнений яркости каждого пикселя зрачка при включенном ИК светодиоде 2 и при выключенном ИК 2 и фиолетовом 3 светодиодах, оценку попиксельной разности и принятия предварительного решения по разности яркостей при включенном и выключенном ИК светодиодах о местоположении и величине помутнения храсталика;
- обнаружении на кадрах изображений, полученных после включения и последующего выключения фиолетового светодиода 3 областей зрачка, имеющих выраженный желто-зеленый оттенок, что свидетельствует об обнаружении флюорисценции нездоровыми участками зрачка.
Рассмотренные два критерия служат основой для окончательного принятия решения о наличии помутнения – если оба критерия выполнены для одной и той же группы пикселей изображения, принадлежащих зрачку, то контроллер 9 принимает решение об обнаружении катаракты, после чего контроллер 9 через свой вход-выход и далее через пятый и шестой входы выходы СШ 12 передает на дисплей 10 информацию о местоположении и величине помутнения хрусталика. Если же выполнен только один из критериев то на дисплее 10 контроллер 9 указанным выше обьразом отображает дополнительную информацию о возможном наличии катаракты.
Во втором режиме – режим диагностики глазодвигательного аппарата контроллер 6 подает управляющий сигнал со своего третьего выхода на вход контроллера 5 по которому контроллер 5 включает ИК светодиод 2 и выключает фиолетовый светодиод 3. ОЭД 1 непрерывно передает кадры изображения на вход БЗУ 4, откуда далее изображения через вход-выход БЗУ 4 поступают на первый вход-выход СШ 12 и далее через четвертый вход выход СШ 12 на вход-выход ОЗУ 8. Дектор зрачка обнаруживает зрачки на изображениях , хранящихся в ОЗУ 8, посредством считывания из ОЗУ 8 через четвертый и далее второй входы выходы системной шины 12 изображений и обнаружения на них центров зрачка для левого и правого глаз и записывает полученные координаты зрачков в ОЗУ 8 через второй и далее через четвертый входы-выходы СШ 12. Наконец после данных процедур контроллер 9 считывает через свой вход-выход, пятый и далее четвертый вход-выход СШ 12 из ОЗУ 8 координат зрачком с привязкой к времени для каждого глаза и формирует результат диагностики , состоящий в наборе парамеров, определяющих несоосность движений глаз (отклонения бинокулярного зрения) и нистагмоидные движения каждого глаза. Полученный результат контролле 9 через свой вход-выход и далее пятый и шестой входы-выходы системной шины передает для отображенияна дисплей 10.
Таким образом, предложенное решение позволяет расширить функционал устройства, а именно обеспечить диагностику катаракты и глазодвигательного аппарата и повысить точность диагностики катаркты за счет совмещения результатов измерения помутнения на основе эффекта флюорисценции и на основе анализ прохождения инфракрасного излучения.
В качестве ОЭД 1 может быть использована любая серийно выпускаяема веб-камера. Инфракрасный и фиолетовый светодиоды выбраны мощностью 100 мВт, что достаточно для освещения глаз. Управляющий контроллер 6, детектор зрачка 7 могут быть реализованы на базе программируемой логической интегральной схемы. ОЗУ 8 должно быть статическое быстродействующее объемом не менее 128 Мбайт. Контроллер 9 рекомедуется использовать на базе микроконтроллером и микроэви любого производителя. Клавиатура представляет собой набор клавиш. Дисплей 10 – жидкросталлический монохромный матричный дисплей размером 128 х 32 точки.