Инфракрасный эндоскоп и способ выявления ранней патологии по изображению исследуемых тканей

 

Изобретение относится преимущественно к медицине, а именно к устройствам мeдицинскиx эндоскопов, и может быть использовано для выявления ранней патологии внутренних органов. Инфракрасный эндоскоп содержит эндоскопический зонд, с одной стороны к которому прикреплен осветитель, с другой - оптический инфракрасный преобразователь (ОИП). ОИП присоединен к блоку индикации и анализа преобразователя (БИАС). ОИП представляет собой микросхему с оптическим входом, а БИС - плату или отдельный блок. Осветитель имеет характеристики излучения, позволяющие формировать три монохроматических луча, хотя бы один из которых лежит в инфракрасной области спектра излучения. Способ выявления ранней патологии внутренних органов осуществляется следующим образом. Больному в зависимости от места расположения предполагаемой патологии вводят инфракрасный эндоскоп (в форме гастро-, бронхе-, лапаро- или цистоскопа и др. ) и облучают исследуемую ткань в течение 1/30 с последовательно подаваемыми тремя монохроматическими разноспектральными лучами. Одним из таких лучей является луч с длиной волны, лежащей в инфракрасной области спектра, вторым - лежащим в инфракрасной или видимой области, третьим - в инфракрасной, видимой или ультрафиолетовой областях спектра излучения. Получают три моноцветных картины, которые накладывают друг на друга и образуют цветную картину изображения границ патологии. Производят измерение границ патологии. Изобретение может также найти применение в криминалистике для выявления подделок художественных ценностей, в частности, картин, эстампов, эскизов и др., а также в авиации при выявлении дефектов в форме усталостных микротрещин и раковин сопловых и рабочих лопаток турбины газотурбинного двигателя во время технической диагностики при эксплуатации силовых энергетических установок самолета и двигателя и т.д. Использование данного изобретения позволяет повысить достоверность выявления ранней стадии патологических изменений внутренних органов. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится преимущественно к медицине, а именно к устройствам медицинских эндоскопов, и может быть преимущественно использовано для выявления ранней патологии внутренних органов (например язв, опухолей).

Изобретение может найти применение в криминалистике для выявления подделок надписей, выявления подделок художественных ценностей, в частности, картин, эстампов, эскизов и др., а также в авиации при выявлении дефектов в форме усталостных микротрещин и раковин сопловых и рабочих лопаток турбины газотурбинного двигателя во время технической диагностики при эксплуатации силовых энергетических установок самолета и двигателя и т.д. и т.п.

Известен люминесцентный эндоскоп, содержащий эндоскопическую камеру со световодами для освещения и наблюдения, объектив, окуляр, осветитель, светоделитель, возбуждающие и запирающие светофильтры [1]. С помощью данного устройства облучают исследуемую ткань больного ультрафиолетовым светом и выявляют патологию внутреннего органа изменением уровня люминесценции.

Недостатком данного эндоскопа и способа выявления патологии внутреннего органа является нагрев исследуемой ткани больного ртутной лампой, что может усугубить тяжесть заболевания, а также недостаточная информативность уровня люминесценции для выявления ранней стадии патологии.

Известен лазерно-эндоскопический спектроанализатор ЛЭСА-4, содержащий оптический спектроанализатор, лазерный источник возбуждения флюоресценции, оптико-волоконный катетер, полихроматор, систему оптических фильтров, который может быть подключен к персональному компьютеру [2]. С помощью данного устройства исследуемую ткань больного облучают белым светом и гелий-неоновым лазером во время медицинских процедур (гастроскопии, бронхоскопии, интраоперационной диагностики и др.) и выявляют опухоль по интенсивности и спектральному распределению флюоресценции ткани.

Данные устройства и способ выявления патологии позволяют обнаружить глубоко расположенную опухоль (до 5-10 мм под слизистой), но не определяют ее границ.

Наиболее близким к предлагаемому устройству инфракрасного зндоскопа является диагностический прибор, основанный на использовании излучения, близкого к ИК-части спектра [3], состоящий из трех основных узлов, предназначенных для облучения светом диагностируемых участков тела, сбора света не поглощенного тканями, и определения величины поглощения с разделением его на компоненты, выявляющие патологию.

Основным недостатком этого прибора является сложность его устройства, связанная с применением специальных фотоприемников, работающих в спектральном диапазоне 1000 ... 2500 нм, для которого кремниевые, являющиеся наиболее распространенными, не подходят.

Известны телевизионная система фирмы Welch Allyn (США) и способ выявления патологии внутренних органов с помощью данной системы, взятый нами за прототип заявленного способа [4] . Телевизионная система содержит три источника излучения (белого света), оптико-электронный преобразователь в форме миниатюрной камерной головки на ПЗС-матрице, блок индикации и анализа сигнала преобразователя в форме видеоконтрольного устройства и позволяет за счет последовательной передачи цветоделенных изображений получить количественную картину распределения патологических участков относительно здоровых. Способ выявления патологии внутренних органов осуществляется путем облучения исследуемой ткани больного тремя последовательно подаваемыми лучами, лежащими в видимой части спектра. На экране дисплея получают цветное изображение исследуемой ткани.

Недостатками прототипа являются незначительная (до 1-2 мм) глубина проникновения красных, зеленых и синих лучей под слизистую и низкая достоверность выявления патологии на ранней стадии ее развития [5].

Цель изобретения - упрощение устройства эндоскопов и повышение достоверности выявления ранней стадии патологии по изображению исследуемых тканей.

На чертеже изображена блок-схема инфракрасного эндоскопа.

Заявляемый инфракрасный эндоскоп содержит эндоскопический зонд 1, с одной стороны к которому прикреплен осветитель 2, с другой - оптический инфракрасный преобразователь (ОИП) 3, который присоединен к блоку индикации и анализа сигнала преобразователя (БИАС) 4. ОИП представляет собой микросхему с оптическим входом. БИАС представляет собой плату или отдельный блок.

Осветитель 2 выполнен с возможностью формирования трех монохроматических лучей, хотя бы один из которых лежит в инфракрасной области спектра, второй луч - в инфракрасной или видимой области, а третий - в инфракрасной, видимой или в ультрафиолетовой областях спектра.

Эндоскоп работает следующим образом. Эндоскопический зонд 1 передает инфракрасные лучи осветителя 2 на поверхность исследуемой ткани, воспринимает отраженные лучи и передает их на оптический вход ОИП 3, который формирует электрические импульсы, воспринимаемые в БИАС 4 и отображаемые на мониторе, который может быть как составной частью БИАС, так и в виде отдельного устройства.

Примером реализации инфракрасного эндоскопа является комплект системы выявления ранней патологии внутренних органов по инфракрасному сигналу лапароскопа, содержащий ОИП, оптически сопряженный со штатным лапароскопом отечественного или импортного производства, БИАС - совместимый в ПЭВМ серии IBM OC/AT и программное обеспечение вывода инфракрасного изображения сигнала ОИП на экран монитора ПЭИМ. ОИП имеет посадочные места для прикрепления к лапароскопу при помощи переходных втулок, которые выполняют функцию крепежного элемента линзы, согласующий оптические апертуры окуляра лапароскопа и фоточувствительной поверхности матрицы фотоприемников. Матрица фотоприемников выполнена в форме расположенных на одной подложке не менее чем 256x256 фотоварикапов, фотодиодов или фоторезисторов, представляющих собой приборы с зарядовой связью (ПЗС). БИАС является отдельным блоком или платой, на его передней панели находятся индикация режимов работы и штепсельные разъемы для подсоединения к ОИП. Колориметрическая система БИАС соответствует телевизионному ГОСТ 14872-69 по общим техническим требованиям и оптическим испытательным таблицам и международным требованиям цветности RGB по монохроматическому излучению, где R (красный) - с длиной волны 0,700 мкм, G (зеленый) - с длиной волны 0,546 мкм, B (синий) - с длиной волны 0,436 мкм. Запись изображения внутренних органов осуществляется в форме импульсов телевизионного сигнала по ГОСТ 7845-72. Осветитель встроен в БИАС и имеет оптический соединитель, стыкуемый через гибкий световод с осветительным каналом лапароскопа, который обеспечивает подачу трех монохроматических лучей, регулируемой от 20 до 100% мощности (не более 20 мВт) инфракрасного и части видимого излучения на длинах волн 0,7 мкм; 0,8 мкм; 0,9 мкм. Осветитель может быть выполнен также в форме лазерных светодиодов, расположенных на одной подложке, но имеющих раздельное регулирование мощности излучения на каждой отдельно взятой длине волны для обеспечения заданного уровня цветности.

Способ выявления ранней патологии внутренних органов по изображению исследуемых тканей осуществляется следующим образом. Больному в зависимости от места расположения предполагаемой патологии вводят инфракрасный эндоскоп (в форме гастро-, бронхо-, лапаро-, цистоскопа и др.) и облучают исследуемую ткань в течение 1/30 с последовательно подаваемыми тремя монохроматическими разноспектральными лучами: одним лучом инфракрасной области спектра, вторым - лежащим в инфракрасной или видимой области, третьим - в инфракрасной, видимой или ультрафиолетовой областях спектра излучения. На экране дисплея получают три моноцветных картины, которые совмещаются друг с другом, выявляют дополнительную патологию и определяют границы патологии. Производят измерение границ патологии.

Пример 1. Больной К. поступил в клинику с диагнозом: гастрит. Проведено обследование при помощи штатного гастроскопа. Диагноз подтвержден. Больного дополнительно обследовали при помощи системы выявления ранней патологии внутренних органов по инфракрасному сигналу гастроскопа. Больного облучали красными лучами с максимумом спектральной плотности излучения на длине волн 0,7 мкм. Кроме того, больного облучали инфракрасными лучами, имеющими максимум спектральной плотности излучения на длине волны 0,8 мкм и 0,9 мкм. Получили три изображения язвы на экране дисплея, совместили их и выявили дополнительную патологию в форме нарождающейся опухоли размером 0,6x06 мм.

Таким образом, применение предлагаемого инфракрасного эндоскопа и способа выявления ранней патологии по изображению исследуемых тканей позволяет с большей достоверностью обнаружить патологию на ранней стадии ее развития и упрощает устройство эндоскопа за счет применения в качестве осветителя маломощных лазерных твердокристаллических светодиодов.

Источники информации 1. Люминесцентный эндоскоп. Авторское свидетельство СССР N 891062 МКИ A 01 B 1/00, 1981 г.

2. Лазерно-эндоскопический спектроанализатор ЛЭСА-4. Проспект Института общей физики РАН, Московской медицинской академии, Онкологического Центра РАМН, лаборатории лазерной биоспектроскопии. - М., 1993.

3. Диагностический прибор. Патент ЕР N 0467459, кл. A 61 B 1/00, 1991 г.

4. Телевизионный эндоскоп. //Технические средства медицинской интероскопии (под ред. Леонова Б.И.). - М., Медицина. -1989. -С.267-268.

5. Вайль Ю.С., Вариновский Я.М. Инфракрасные лучи в клинической диагностике и медико-биологических исследованиях. -Медицина, Ленинградское отделение. -1969. - 18 с.

Формула изобретения

1. Инфракрасный эндоскоп, содержащий эндоскопический зонд, осветитель, характеристики излучения которого позволяют формировать лучи, хотя бы один из которых лежит в инфракрасной области спектра, оптический преобразователь, характеристики которого позволяют вести прием лучей и преобразовывать их в последовательность электрических импульсов, а также блок индикации и анализа сигналов оптического преобразователя, отличающийся тем, что осветитель выполнен с возможностью формирования трех монохроматических лучей, хотя бы один из которых лежит в инфракрасной области спектра, второй луч - в инфракрасной или видимой области, а третий - в инфракрасной, видимой или в ультрафиолетовой областях спектра.

2. Способ выявления ранней патологии по изображению исследуемых тканей, формируемому на экране дисплея облучением тканей источником излучения, отличающийся тем, что ткань последовательно облучают тремя монохроматическими лучами, хотя бы один из которых лежит в инфракрасной области спектра, второй - в инфракрасной или видимой области, а третий - в инфракрасной, видимой или в ультрафиолетовой, полученные на экране три моноцветные картины совмещают друг с другом, выявляют дополнительную патологию и определяют границы патологии.

РИСУНКИ

Рисунок 1