Эндоскопическая видеосистема и способ её работы
ENDOSCOPIC VIDEO SYSTEM AND THE METHOD FOR ITS OPERATION

Изобретение относится к медицинской технике, а именно - к эндоскопическим системам сбора визуальных данных, их обработки, хранения, передачи на устройства отображения.
Известен стереоскопический видеоэндоскоп (патент RU №181438 от 25.01.2018), снабженный устройством управления, выполненным с возможностью формирования сигналов, управляющих работой источника света, приемника изображения и оптических затворов, а также формированием выходного видеосигнала изображения, который может быть воспроизведен с помощью стереоскопического монитора или телевизора, позволяющего наблюдать объемное изображение с помощью специальных очков.
Недостатком является пониженное надежность хранения обработанных видеоданных и пониженное быстродействие при выведении видеосигнала на устройства отображения, а также - отсутствие возможности передачи выходных сигналов беспроводным способом.
Известна система и способ работы эндоскопического устройства с возможностью визуализации (патент US N2 6184922 от 30.09.1997), включающее оптическую систему захвата и формирования видеосигнала (эндоскопическое видеоустройство); устройство освещения области (управляемые светодиоды), которую захватывает видеокамера; блок камеры эндоскопа, где выполняется обработка и преобразование (в соответствие с программой) полученного видеосигнала с видеокамеры эндоскопа; блок памяти для хранения преобразованного видеосигнала с эндоскопа; интерфейс для присоединения внешнего устройства, например персонального компьютера, с возможностью записи в его память захваченного изображения; блок вывода цифрового сигнала; монитор, на котором демонстрируется захваченное камерой эндоскопа изображение.
Недостатком является пониженная надежность хранения обработанных видеоданных, а также - отсутствие возможности передачи входных и выходных сигналов беспроводным способом.
Известно устройство обработки видеосигналов для устройства, предназначенного для биологических наблюдений (патент RU №2378976 от 07.03.2006), имеющее осветительный модуль исследуемого объекта; блок управления обработкой сигналов для фотоэлектрического преобразования света, отраженного от живого тела, основанного на освещающем свете; модуль съемки изображения (эндоскопическое видеоустройство), создающий снятый сигнал изображения, и выводящий снятый сигнал изображения на устройство отображения; устройство обработки сигналов, обрабатывающее входящий от камеры видеосигнал в зависимости от освещенности, в зависимости от которой осуществляет регулировку цветового тона выходного видеосигнала.
Способ работы включает получение видеосигнала, его декомпозицию и коррекцию видеосигнала блоком обработки видеосигнала в полосах длин волн, соответствующих красному, зеленому и синему диапазонам, подготавливая данные к выводу на внешнее устройство отображения.
Недостатком данного устройства является пониженная надежность хранения обработанных и подготовленных к выводу данных, а также -отсутствие возможности передачи выходных сигналов беспроводным способом.
Известен способ (заявка US №2013/0215239 от 22.08.2013) создания 3D-модели сцены из цифрового видео, снятого с помощью цифровой видеокамеры, причем цифровое видео включает в себя временную последовательность видеокадров, в которой каждый видеокадр имеет массив пикселей изображения. Способ включает: определение положения объектива видеокамеры цифровой видеокамеры для каждого видеокадра; определение сглаженного пути объектива видеокамеры в зависимости от положений видеокамеры; определение последовательности положений объектива видеокамеры, разнесенных вдоль сглаженного пути объектива видеокамеры, так что видеокадры, захваченные в положениях объектива видеокамеры, имеют, по меньшей мере, целевой уровень перекрывающегося содержимого сцены; выбор последовательности целевых видеокадров из временной последовательности видеокадров на основе положений объектива видеокамеры; анализ целевых видеокадров с использованием процесса трехмерной реконструкции для определения трехмерной модели сцены.
Известна медицинская сеть (патент US №10734116 от 11.08.2015) методы и программное обеспечение, которые включают в себя метод и систему совместного использования медицинских изображений на основе облака, Интернета, которые совместно используют как минимум один файл данных 2D-изображения через Интернет-браузер, который может генерировать вращаемые и управляемые 3D-изображения, и/или 4D-изображения, сделанные пользователями без дополнительного компьютерного программного обеспечения, плагинов или оборудования, для визуализации медицинских 3D- и 4D-изображений для удаленного совместного анализа, обсуждения и/или диагностики, а также для моделирования или облегчения визуализации медицинских процедур.
Известна эндоскопическая видеосистема с модулем обработки данных (патент RU №2657951 от 10.04.2016, прототип), и способ ее работы. Эндоскопическая видеосистема имеет эндоскопическое видеоустройство с устройством захвата изображения (видеоустройство с видеокамерой и управляемой светодиодной подсветкой - источником света); модуль с вычислительным устройством (модуль управления эндоскопической видеосистемой), имеющим интерфейсы ввода видеосигнала от устройства захвата изображения, блок обработки, блок хранения (блок памяти), и блок вывода видеосигнала на устройство отображения с монитором в виде зашифрованного сигнала.
В процессе функционирования по управляющему сигналу от модуля с вычислительным устройством светодиодная подсветка может переключаться между широкополосным видимым светом и узкополосным светом для автофлуорисценции объекта, захватываемого видеокамерой видеоустройства, формирующего видеосигнал, передаваемый через интерфейс на блок ввода видеосигнала модуля с вычислительным устройством, где происходит его сохранение, обработка с сегментацией и созданием анатомической модели процессором с сохраненной в его памяти приложением визуализации с последующим сохранением в памяти модуля с вычислительным устройством в виде данных сегментации и данных изображения или выявленные приложением визуализации особенности анатомической модели, транслируемых в видео, что выводится через блок вывода видеосигнала на монитор.
Недостатком данного устройства является пониженная надежность хранения данных, находящихся в модуле с вычислительным устройством, а также - пониженное быстродействие в случае выведения на устройства отображения с монитором данных сегментации с данными изображения, и особенностей анатомической модели, транслируемых в видео.
Техническая задача, решаемая изобретением, - повышение надежности и защищенности при хранении данных, обработанных эндоскопическим модулем, а также - повышение быстродействия системы при обработке видеоданных и при параллельном выводе данных в формате видеосигнала и 3D-модели на различные устройства.
Техническая задача решена в эндоскопической видеосистеме, имеющей
эндоскопическое видеоустройство с видеокамерой и светодиодной подсветкой, монитор; модуль управления эндоскопической видеосистемы, содержащий блок видеокамеры с энергонезависимой памятью, соединенный с сориентированной в пространстве и подсвечиваемой управляемыми светодиодами видеокамерой эндоскопического видеоустройства; блок управления модулем управления эндоскопической видеосистемы, соединенный с блоком видеокамеры, с интерфейсом для подключения к монитору; блок обработки видеосигнала в набор данных, соединенный с блоком управления модулем эндоскопической видеосистемы, при этом модуль дополнительно имеет первый блок энергонезависимой памяти и второй блок энергонезависимой памяти, соединенные с блоком обработки видеосигнала; блок шифрования данных, соединенный шиной с первым и вторым блоками энергонезависимой памяти, и интерфейсом передачи данных в зашифрованном виде внешним устройствам отображения изображения, полученного с видеокамеры эндоскопического видеоустройства.
Для повышения быстродействия при параллельном выводе данных в формате видеосигнала и 3D-модели на различные устройства блок шифрования данных выходных сигналов оснащен проводным и беспроводным интерфейсом передачи данных.
Для повышения надежности хранения обработанных эндоскопической видеосистемой данных к модулю управления эндоскопической видеосистемой подключен компьютер с базой данных.
Для обеспечения удаленной работы с видеоданными эндоскопической видеосистемы компьютер с базой данных подключен к медицинской сети.
Техническая задача решается при способе работы эндоскопической видеосистемы, включающий переключение светодиодной подсветки между широкополосным видимым светом и узкополосным светом для автофлуорисцеции объекта, захватываемого видеокамерой видеоустройства, формирующего видеосигнал, передаваемый через интерфейс на интерфейс видеокамеры с блоком энергонезависимой памяти; выполнение блоком обработки видеосигнала декомпозиции и коррекция видеосигнала в полосах длин волн, соответствующих красному, зеленому и синему диапазонам; сохранение данных изображения; определение блоком обработки данных положения объектива видеокамеры для каждого видеокадра; определение пути видеокамеры в зависимости от положений видеокамеры; определение последовательности положений видеокамеры, разнесенных вдоль пути видеокамеры, так что видеокадры, захваченные в положениях видеокамеры, имеют, по меньшей мере, целевой уровень перекрывающегося содержимого видеокадра; выбор последовательности целевых видеокадров из временной последовательности видеокадров на основе положений видеокамеры; анализ целевых видеокадров с использованием процесса трехмерной реконструкции для определения трехмерной модели видеокадра; при этом сохранение данных видеосигнала, скорректированных блоком обработки видеосигнала в полосах длин волн, соответствующих красному, зеленому и синему диапазонам, осуществляется в отдельном первом блоке энергонезависимой памяти, а сохранение данных видеосигнала при трансформации видеокадра в трехмерную модель осуществляется в отдельном втором блоке энергонезависимой памяти при задании с клавиатуры или компьютера частоты дискретизации цифрового видеосигнала на видеокадры, при этом контроль процесса передачи данных, размещенных блоком обработки видеосигнала в блоках энергонезависимой памяти, осуществляется блоком управления модуля эндоскопической видеосистемы, а авторизация доступа внешних устройств к первому и второму блокам энергонезависимой памяти осуществляется блоком шифрования данных по беспроводному или проводному каналу связи в соответствии с указаниями с блока управления модулем эндоскопической видеосистемы.
Для обеспечения защищенности данных эндоскопической видеосистемы передача данных осуществляется в медицинскую сеть через программное обеспечение с необходимостью авторизации пользователя.
Технический эффект, - повышение надежности хранения обработанных эндоскопической видеосистемой данных, а также - повышение быстродействия системы при обработке видеоданных и при параллельном выводе данных в формате видеосигнала и 3D-модели на различные устройства, - достигается за счет следующего отличительного признака устройства: модуль дополнительно имеет первый блок энергонезависимой памяти и второй блок энергонезависимой памяти, соединенные с блоком обработки видеосигнала; блок шифрования данных, соединенный шиной с первым и вторым блоками энергонезависимой памяти, и интерфейсом передачи данных в зашифрованном виде с внешними устройствами отображения изображения полученного с видеокамеры эндоскопическое видеоустройство; а также совокупностью отличительных признаков способа управления: сохранение данных видеосигнала, скорректированных блоком обработки видеосигнала в полосах длин волн, соответствующих красному, зеленому и синему диапазонам, осуществляется в отдельном первом блоке энергонезависимой памяти, а сохранение данных видеосигнала при трансформации видеокадра в трехмерную модель осуществляется в отдельном втором блоке энергонезависимой памяти при задании с клавиатуры или компьютера частоты дискретизации цифрового видеосигнала на видеокадры, при этом контроль процесса передачи данных, размещенных блоком обработки видеосигнала в блоках энергонезависимой памяти, осуществляется блоком управления модуля эндоскопической видеосистемы, а авторизация доступа внешних устройств к первому и второму блокам энергонезависимой памяти осуществляется блоком шифрования данных по беспроводному или проводному каналу связи в соответствии с указаниями с блока управления модулем эндоскопической видеосистемы.
Данная совокупность отличительных признаков не найдена в процессе патентно-информационного поиска, - следовательно, техническое решение соответствует критерию «новизна». Она также не следует явно из уровня техники, следовательно, техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».
На Фиг. 1 показана структура эндоскопической видеосистемы с модулем управления.
На Фиг. 2. показана структура эндоскопической видеосистемы с модулем управления, подключенного к медицинской сети.
На Фиг. 3 показан пример сопряжения интерфейсов элементов эндоскопической видеосистемы с модулем управления.
На Фиг. 4 приведен пример алгоритма работы блока управления модулем управления эндоскопической видеосистемой.
На Фиг. 5 приведен пример алгоритма работы блока шифрования данных модуля управления эндоскопической видеосистемой.
Эндоскопическая видеосистема (Фиг. 1-3) имеет эндоскопическое видеоустройство 1, монитор 2, модуль 3 управления эндоскопической видеосистемой, содержащий интерфейс 4 видеокамеры 5 с блоком (не показан) энергонезависимой памяти, соединенный через интерфейс 6 (Фиг. 3) с интерфейсом 6а сориентированной в пространстве видеокамеры 5 эндоскопического видеоустройства 1, имеющей источник 7 света со светодиодами 8, датчиком 9 температуры и вентилятором 10, управляемыми блоком 11 контроля освещения через драйвер 12, связанным с индикатором 13 питания видеокамеры 5; соединенный с блоком 4 видеокамеры 5 блок 14 управления модулем 1 эндоскопической видеосистемой, имеющий интерфейсы 15, 16, 17 для подключения к модулю 3 монитора 2, компьютера 18 с базой данных 19 и клавиатуры 20 соответственно; блок 21 обработки видеосигнала в набор данных, соединенный с блоком 14 управления модулем 3 эндоскопической видеосистемы; соединенные с блоком 21 обработки видеосигнала два физически отдельных и независимых один от второго блока (22 и 23) энергонезависимой памяти, выходы которых соединены с блоком 24 шифрования данных; блок 24 шифрования данных выходных сигналов, регулируемый блоком 14 управления модуля 3 эндоскопической видеосистемы, имеющий интерфейс 16 для параллельной передачи выходной информации к внешним устройствам 2, 18, 19 через интерфейсы 15, 16 передачи в зашифрованном виде проводным и беспроводным способом на интерфейсы 15а внешних устройств 2, 18, 19.
Блоки 14, 21, 22, 23, 24 и интерфейсы 4, 6, 16, 17 размещаются на материнской плате 25 и снабжаются электроэнергией от источника 26 питания, размещенного в модуле 1 управления эндоскопической видеосистемой.
Способ управления модулем 3 эндоскопической видеосистемы, описанный выше осуществляется по управляющему сигналу от блока 14 управления модулем 1, по которому светодиодная подсветка источника 7 света может переключаться между широкополосным видимым светом и узкополосным светом для автофлуорисценции объекта, захватываемого видеокамерой 5 эндоскопического видеоустройства 1, формирующего видеосигнал, передаваемый через соединенные интерфейсы 15 и 15а на интерфейс 4 видеокамеры 5 с блоком энергонезависимой памяти; блок 21 обработки видеосигнала выполняет декомпозицию и коррекцию видеосигнала в полосах длин волн, соответствующих красному, зеленому и синему диапазонам; определение положения видеокамеры 5 эндоскопического видеоустройства 1 для каждого видеокадра; определение сглаженного пути видеокамеры 5 в зависимости от положений эндоскопического видеоустройства 1; определение последовательности положений видеокамеры 5, разнесенных вдоль сглаженного пути камеры, так что видеокадры, захваченные в положениях видеокамеры 5, имеют, по меньшей мере, целевой уровень перекрывающегося содержимого видеокадра; выбор последовательности целевых видеокадров из временной последовательности видеокадров на основе положений видеокамеры 5; анализ целевых видеокадров с использованием процесса трехмерной реконструкции для определения трехмерной модели видеокадра.
Данные видеосигнала, обработанные блоком 21 обработки видеосигнала в полосах длин волн, соответствующих красному, зеленому и синему диапазонам, сохраняются в отдельном первом блоке 22 энергонезависимой памяти, а данные видеосигнала, трансформированные обработанные блоком 21 обработки видеосигнала и трансформированные в 3D-модель видеокадра, сохраняются в отдельном втором блоке 23 энергонезависимой памяти. Блок 14 управления модулем эндоскопической видеосистемы на основании данных введенных в него с клавиатуры 20 или компьютера 18 задает частоту дискретизации цифрового видеосигнала на видеокадры.
Блок 14 управления модулем 3 эндоскопической видеосистемы проводит (Фиг. 4):
1) проверку работоспособности блока 2 камеры с энергонезависимой памятью;
2) проверку работоспособности блока 21 обработки видеосигнала;
3) разрешение/запрет видеокамере 5 эндоскопического видеоустройства 1 записи данных в блок 4 видеокамеры с блоком энергонезависимой памяти;
4) разрешение/запрет интерфейсу 4 видеокамеры 5 с энергонезависимой памятью передавать данные в блок 21 обработки видеосигнала;
5) настройку в соответствие введенными оператором с помощью компьютера 18 или клавиатуры 20 указаний алгоритма шифрования блока 24 шифрования данных.
Передача данных, размещенных блоком 21 обработки в блоках 22 и 23 энергонезависимой памяти, контролируется блоком 14 управления модуля 3.
Блок 24 шифрования данных осуществляет авторизацию внешних устройств 2, 18, 19 по беспроводному и/или проводному каналу связи в соответствии с алгоритмами, заданными блоком 14 управления модулем 3.
Блок 24 шифрования данных (Фиг. 5):
1) осуществляет авторизацию внешних устройств 2, 18, 19 по беспроводному и/или проводному каналу связи, разрешая или запрещая им доступ в соответствии с алгоритмами, заданными с блока 14 управления модулем 3 для доступа к энергонезависимой памяти (22, 23);
2) проводит шифрование данных, перемещаемых из модуля 3 эндоскопической видеосистемы авторизированными устройствами 2, 18, 19 из энергонезависимой памяти 22 с данными и памяти 23 с данными о 3D-модели.
3) осуществляет прерывание передачи данных конкретным авторизированным устройствам 2, 18, 19, при получении соответствующей команды от блока 14 управления модулем 1 эндоскопической видеосистемы.
Компьютер 18 с базой данных 19, подключенный к медицинской сети 27, позволяет при после авторизации, проведенной блоком 24 шифрования данных, осуществлять обмен данными в медицинской сети 27 через программное обеспечение, установленное в памяти устройств, входящих в медицинскую сеть 27, с необходимостью авторизации пользователя и последующего совместного использования медицинских изображений.