УСТРОЙСТВО ТАКТИЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛОТНОСТИ ТКАНИ ПРИ ЭНДОСКОПИЧЕСКОМ ОБСЛЕДОВАНИИ
DEVICE FOR TACTILE INVESTIGATION OF TISSUE DENSITY DURING ENDOSCOPIC EXAMINATION

Изобретение относится к медицине и медицинской технике, в частности к практике и технике эндоскопии полых органов - желудка, 12-перстной кишки и др., а также других полостей организма (плевральная, брюшная полости, пространство малого таза и пр.).
Известен способ повышения точности обнаружения злокачественных новообразований и определения границ их локализации, при котором проводят осмотр пациента с помощью эндоскопа с подключенными к нему спектральным прибором и видеокамерой, измеряют интенсивности, спектры отражения и флуоресценции нормальных и подозреваемых участков на персональном компьютере и при обнаружении разницы в спектрах и при превышении интенсивности отраженного света от подозреваемого участка ткани по сравнению с нормальным более чем на 25% делают заключение о наличии злокачественного новообразования (RU 2152162, 10.07.2000).
Известны гибкие многофункциональные эндоскопы, содержащие оптическую систему из светопроводящих волокон, заключенных в гибкий каркас с возможностью управления рабочей частью, вводимой в обследуемую полость, а также с наличием рабочего канала, предназначенного для подведения и эвакуации жидкости, клея, лазерного светодиода, манипуляторов, в частности для забора биопсийного материала и с возможностью освещения (Дуоденофиброскоп, TJF-300, наружный d=13,0 мм, канал d=4,2 мм фирмы «Олимпус», Япония, каталог фирмы 2004 г.).
Эти устройства не позволяют проводить исследование подлежащей ткани, находящейся в зоне осмотра, на предмет ее однородности и плотности, так как использует изменение оптических, а не механических свойств тканей.
Известен контактный датчик давления для исследования полостей, имеющий заполненную газовой средой камеру, предназначенный для определения плотности слизистой оболочки носовых раковин (RU 2240028, 20.11.2004). Датчик подключен к средствам фиксации и обработки данных.
Технические возможности этого устройства не позволяют проводить обследование в глубоких полостях тела.
Известна эндоскопическая система замера биофизических параметров ткани, в которой предусмотрен замер плотности ткани во время внутриполостного медицинского обследования (US 6711429, 23.03.2004), в котором осуществляется замер плотности подлежащей ткани сенсором на торце эндоскопа.
Однако система не позволяет формировать у исследователя эффект, сходный с непосредственным осязанием осматриваемого объекта.
Известно устройство для определения вязкоупругих свойств мягких тканей, содержащее цилиндрический корпус, внутри которого установлен вибратор с датчиком силы, соединенные соответственно с генератором сигналов и с элементами обработки и регистрации сигнала силы и смонтированные через опорную площадку с контактным штампом, контактный штамп прикреплен посредством резьбы к опорной площадке и выполнен плоским в торце и с возможностью выступа с торцевой части корпуса (RU 2082312, 28.07.1993).
Недостатком устройства является невозможность сравнения соседних участков исследуемого образца.
Известно устройство для исследования ткани молочной железы (US 6091981, 18.07.2000), которое содержит множество датчиков, размещенных на поверхности, контактирующей с исследуемой тканью, каждый из которых измеряет локальное давление, действующее на него со стороны ткани в ответ на силу, с которой врач прижимает устройство к исследуемой ткани. В зависимости от структуры подлежащей ткани изменяется распределение давлений между датчиками, что позволяет после соответствующей обработки сигналов выделить зоны с измененными физическими свойствами.
Недостатком устройства является отсутствие измерения перемещения контактной поверхности в направлении ткани и суммарной силы воздействия на ткань, что не позволяет оценить усредненные упругопластические свойства биологической ткани. Другим недостатком является выполнение контактной поверхности из слабодеформируемого материала, что при исследовании образцов тканей с выраженными локальными изменениями, такими как пузырьки в легких при пневмонии или наличие участков обызвествления, может приводить к быстрым необратимым изменениям в структуре ткани и искажению объективной информации.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство для исследования плотности ткани при эндоскопическом исследовании (RU 2286080, 27.10.2006), содержащее эндоскоп с датчиками плотности ткани, подключенными к компьютерной системе, причем датчиками плотности ткани являются датчики давления, установленные на торце эндоскопа, а компьютерная система выполнена с возможностью раздельной фиксации каждым датчиком давления плотности подлежащего участка ткани и регистрации сопротивления давлению в динамическом режиме.
Недостатком устройства является значительная зависимость измеряемых величин от свойств материала и точности изготовления чувствительных элементов. Так же устройство не обеспечивает обратной связи для управления силой прижима чувствительных элементов к исследуемому образцу.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении эффективности исследования за счет снижения зависимости измеряемых величин от свойств материала и обеспечения обратной связи для управления силой прижима чувствительных элементов к исследуемому образцу.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для исследования плотности ткани при эндоскопическом исследовании, содержащем эндоскоп с датчиками плотности ткани, установленными на торце эндоскопа, и компьютер, выполненной с возможностью регистрации давления плотности подлежащего участка ткани и сопротивления давлению от каждого датчика, датчики плотности ткани выполнены в виде матрицы сменных измерительных модулей, установленных в несущей пластине, при этом каждый модуль состоит из корпуса, в сквозном отверстии которого установлен с возможностью перемещения под действием пружины шток, снабженный на выступающем из отверстия корпуса конце сменным наконечником, противоположная сторона сквозного отверстия перекрыта крышкой с закрепленным на ней датчиком измерения хода штока, подключенным к усилителю сигнала, выходы всех усилителей соединены со входом сумматора приложенных сил, выход которого подключен ко входу элемента индикации приложенных сил, выход каждого усилителя сигнала соединен также с первыми входами соответствующих блоков контроля верхнего и нижнего предельных положений штока, ко вторым входам которых подсоединены источники опорного напряжения верхнего и нижнего предельных положений штока, выходы блоков контроля верхнего предельного положения штока всех измерительных модулей соединены со входами элемента «ИЛИ» верхнего предельного положения штока, выходы блоков контроля нижнего предельного положения штока всех измерительных модулей соединены со входами элемента «ИЛИ» нижнего предельного положения штока, выходы обоих элементов «ИЛИ» подключены к элементам индикации верхнего и нижнего предельных положений штока, при этом усилители сигнала, сумматор и элементы «ИЛИ» верхнего и нижнего предельного положения штока подключены к контроллеру порта параллельного ввода-вывода компьютера.
Предпочтительно, чтобы сменные измерительные модули были установлены в несущей пластине посредством резьбового соединения.
Матрица сменных измерительных модулей на торце эндоскопа может быть закрыта гибкой защитной оболочкой.
На фиг.1 показана матрица сменных измерительных модулей на торце эндоскопа, на фиг.2 - отдельный измерительный модуль эндоскопа, на фиг.3 - блок-схема устройства для исследования плотности ткани.
Матрица сменных измерительных модулей на торце эндоскопа состоит из несущей пластины 1 (фиг.1), в которую посредством резьбового соединения вворачиваются измерительные модули 2 эндоскопа. Количество измерительных модулей 2, размещаемых на пластине 1 наборного поля эндоскопа, может быть различным в зависимости от условий диагностики. Все измерительные модули 2 эндоскопа перекрыты общей гибкой защитной оболочкой 3.
Отдельный измерительный модуль 2 (фиг.2) эндоскопа состоит из корпуса 4 модуля, в сквозном отверстии которого установлен с возможностью перемещения под действием пружины 8 шток 7, снабженный на выступающем из отверстия корпуса конце сменным наконечником 9, противоположная сторона сквозного отверстия перекрыта крышкой 5 с закрепленным на ней датчиком измерения 6 хода штока, подключенным проводами 10 к усилителю сигнала 6. Пружина 8 и наконечник 9 могут заменяться в зависимости от требований диагностического исследования.
Электрическая схема эндоскопа (фиг.3) содержит N датчиков измерения 6 хода штока в N измерительных модулях 2 эндоскопа, N усилителей 11 сигналов измерительных модулей, сумматор 12 сигналов приложенных сил с элементом индикации 13 приложенных сил, N блоков контроля верхнего 14 предельного положения штока 7, N блоков контроля нижнего 15 предельного положения штока 7, источник опорного напряжения верхнего 16 предельного положения штока 7, источник опорного напряжения нижнего 17 предельного положения штока 7, элемент «ИЛИ» верхнего 18 предельного положения штока 7, элемент «ИЛИ» нижнего 19 предельного положения штока 7, элемент индикации верхнего 20 предельного положения штока 7, элемент индикации нижнего 21 предельного положения штока 7 и компьютер 22.
Проводники 10 датчиков 6 измерения хода штока N измерительных модулей 2 эндоскопа подключены к N усилителям 11 сигналов. Выходы N усилителей 11 сигналов соединены со входом сумматора 12 приложенных сил, выход которого соединен с элементом индикации 13 приложенных сил. Кроме того, выходы N усилителей 11 сигналов подсоединены к первым входам N блоков контроля верхнего 14 и N блоков контроля нижнего 15 предельного положения штока 7, ко вторым входам которых подсоединены источник опорного напряжения верхнего 16 и нижнего 17 предельного положения штока 7, соответственно. Выходы N блоков контроля верхнего 14 предельного положения штока 7 подсоединены ко входам элемента «ИЛИ» верхнего 18 предельного положения штока 7, выходы N блоков контроля нижнего 15 предельного положения штока 7 подсоединены ко входам элемента «ИЛИ» нижнего 19 предельного положения штока 7, выходы элемента «ИЛИ» верхнего 18 и элемента «ИЛИ» нижнего 19 предельного положения штока 7 подсоединены к входам элементов индикации верхнего 20 и нижнего 21 предельного положения штока 7. Усилители сигнала 11, сумматор 12 и элементы «ИЛИ» верхнего и нижнего предельного положения штока 18, 19 подключены к контроллеру порта параллельного ввода-вывода компьютера 22.
Устройство работает следующим образом.
В процессе обследования N модулей 2 на несущей пластине 1 матрицы сменных измерительных модулей на торце эндоскопа через гибкую защитную оболочку 3 контактируют с исследуемым образцом.
i
i
i
i
i
В случае неоднородности исследуемого образца пружины 8 измерительных модулей 2 эндоскопа сжимаются, перемещая шток 7 с наконечником на его конце на соответствующую каждому модулю величину Δl, i=1…N (фиг.2), что фиксируется датчиком 6 измерения хода штока 7. В результате на проводниках 10 формируется напряжение, пропорциональное величине Δl. Это напряжение усиливается усилителями 11 сигналов измерительных модулей (фиг.3) с коэффициентами усиления, пропорциональными значениям жесткости пружин 8. На выходах усилителей 11 формируются сигналы, пропорциональные силам сжатия F=K·Δl, где К - коэффициент жесткости пружины, Δl - величина хода штока для отдельного измерительного модуля. Эти сигналы суммируются на сумматоре 12 сигналов приложенных сил и общая величина, пропорциональная суммарному значению F, отображается элементом индикации 13 приложенных сил. В процессе исследования к эндоскопу должна прикладываться такая сила, при которой шток 7 не должен достигать предельных положений. Индикация предельных положений штока 7 обеспечивается сравнением напряжений с усилителей 11 сигналов измерительных модулей 2 с напряжениями от источников опорного напряжения верхнего 16 и нижнего 17 предельного положения штока 7 на блоках контроля верхнего 14 и нижнего 15 предельных положений штока 7 и отображением на элементах индикации верхнего 20 и нижнего 21 предельного положения штока 7.
i
Сигналы, пропорциональные силам F сжатия пружин 8, с усилителей 11 сигналов измерительных модулей подаются через соответствующий ввод-вывод контроллера порта на компьютер 22. Так же на компьютер 22 с сумматора 12 сигналов приложенных сил подается сигнал, пропорциональный сумме всех приложенных сил. Кроме того, на компьютер 22 от элементов «ИЛИ» верхнего 18 и нижнего 19 предельных положений штока 7 подаются сигналы о выходе хотя бы одного из штоков 7 измерительных модулей 2 в верхнее или нижнее крайние положения. На основе этих сигналов компьютер 22 производит графическое и табличное отображение во времени всех поступающих величин.
Такое техническое решение позволяет снизить зависимость измеряемых величин от свойств материала и обеспечить оператора информацией для управления силой прижима чувствительных элементов к исследуемому образцу. Это облегчает обучение операторов и позволяет расширить информацию для последующего клинического использования. Предложенное устройство относительно просто и разработано с возможностью дальнейшего сочетания с различными эндоскопическими аппаратами.