Способ колориметрии слизистых оболочек при видеоэндоскопических исследованиях

 

Изобретение относится к медицине, а именно, эндоскопической диагностике. Способ заключается в том, что обработку изображения проводят компьютером с видеозахватывающей платой и программой цветоопределения. При этом измеряют пространственные координаты цвета по векторам R, G, В и показатель “количество цвета” (Ц). При значениях Ц менее 50 цвет слизистой оболочки определяют как яркую гиперемию, от 51 до 55 - как умеренную гиперемию, от 56 до 60 - как слабую гиперемию, при значениях Ц от 61 до 65 - цвет слизистой определяют как розовый, от 66-69 - как бледно-розовый, от 70 до 75 - как сероватый, а при значениях более 75 - как серый. Обработку изображения проводят в реальном режиме времени эндоскопического исследования или ретроспективно по видеозаписи. Способ повышает точность определения цвета слизистой и дает возможность сравнения количества цвета слизистой оболочки при контрольно-динамических исследованиях. 2 з.п.ф-лы, 11 ил., 4 табл.

Изобретение относится к области медицины, а именно эндоскопии, и может быть использовано при эндоскопической диагностике.

Работа в эндоскопии напрямую связана с интерпретацией видимого изображения. Сама методика эндоскопического исследования зависит от субъективного восприятия, зависящего от квалификации врача, опыта, а также цветовосприятия. Важной частью эндоскопического исследования является оценка слизистой оболочки.

Известные критерии оценки заключаются в описании цвета слизистой, характере ее поверхности, наличии патологических изменений на ней. Описание цвета слизистой происходит на уровне разделения на слабую, умеренную и яркую гиперемию, розовую окраску, бледно-розовую, сероватую, серую окраску; очаговые или диффузные изменения. Оценка этого показателя является визуальной и субъективной. (Савельев B.C. Руководство по клинической эндоскопии. –М.: Медицина, 1985, с.23, гл.1.2.6 - ″визуальные исследования″).

Каждое эндоскопическое исследование подразумевает при определении цвета слизистой оболочки исследуемого органа проведение колориметрии. Такая колориметрия называется цветовосприятием врача, которую можно представить следующим образом. Слизистая оболочка -эндоскоп -глаз как орган зрения (в сетчатке колбочки трех типов R, G, В) -зрительный бугор (первичный зрительный центр - corpus genculatlum laterale radiatio optica или пучок Грасьоле) - Sulcii calcarini затылочной доли, как корковый анализатор зрения (фиг.4).

Цветовосприятие человека способно различить 150 цветов по цветовому тону, около 25 по насыщенности и от 20 до 64 по светлоте. При аномалиях цветового зрения (цветовосприятия) различается меньшее количество цветов. Статистически 10% людей частично или полностью "цветнослепые", из них 95% мужчины. Важным является зависимость цветовосприятия человека от психофизиологического состояния (уменьшаться при усталости и т.д.)

Таким образом, цветовосприятие (колориметрия) человека (врача) является субъективным, исходя из нормальной физиологии зрения.

В большинстве случаев в эндоскопии необходим только сам эндоскоп (гастроскоп, бронхоскоп, колоноскоп и т.д.) и осветитель (источник света).

Прототипом является способ определения цвета слизистой, при котором используются комплексы на основе видеокамеры и монитора -видеоэндоскопия (Савельев В.С. Руководство по клинической эндоскопии. – М.: Медицина, 1985, с.12). Однако данный способ не исключает цветовосприятие врача как основной метод определения цвета (фиг.5 а).

Предлагаемый способ решает задачу эндоскопической колориметрии (метрологии цвета) слизистых, при которой получают объективные, однозначные характеристики цвета.

Достигаемый при осуществлении изобретения технический результат: повышение точности определения цвета за счет его количественной оценки, возможность сравнения количества цвета слизистой оболочки при контрольно-динамических исследованиях.

Указанный технический результат достигается за счет обработки изображения колориметрическим комплексом.

На фиг.1 изображена колориметрическая система CIE RGB, на фиг.2 - колориметрическая система CIE XYZ, на фиг.3 - диаграмма цветности XY, на фиг.4 - схема традиционной эндоскопии, на фиг.5 - общая схема видеоэндоскопического комплекса: а - традиционного, б - предлагаемого, на фиг.6 - интерфейс программы ″метрология цвета″, на фиг.7 - алгоритм компьютерной колориметрической обработки видеоизображения, на фиг.8 - эндофото больного Задерей, на фиг.9 - эндофото больной Александровой, на фиг.10 - эндофото больного Зайнутдинова, на фиг.11 - повторное эндофото больного Зайнутдинова.

Способы определения количества цвета - колориметрия или метрология цвета используются в физике, астрономии, издательстве, полиграфии, кино-, видео- и Интернет-продукции. (Шашлов А., Чуркин А. Компьютерра, №16, 1999.)

Известны способы определения цвета по системам RGB, XYZ, CMYK, HSL, HSB. Система CMYK (cyan, magenta, yellow) используется в полиграфии для правильной передачи цветов красками на бумагу и т.д. Система HSB (hue, saturation, brightness) основана на определении тона насыщенности и яркости. Система HSL (hue, saturation, luminosity) на определении тона, насыщенности и освещенности (www.colormatter.com).

Для решения задачи - определения количества цвета слизистых оболочек была использована методика определения цвета по системе CIE XYZ. Для понимания системы XYZ рассмотрим систему RGB. Система RGB была основана в 1931 г. на сессии МКО (CIE). Определение цвета основывается на определении пространственной координаты в трехмерном пространстве векторов Red, Green, Blue (фиг.1).

На сессии МКО в том же 1931 г. была принята еще одна система. Ее составляющие цвета были более насыщенными, чем спектральные. Поскольку таких цветов в природе нет, то она получила название XYZ. Данная колориметрическая система была получена искусственно, путем пересчета из цветовых координат RGB (фиг.2).

Выбор цветов XYZ вытекал из задач, поставленных при разработке этой системы. Основными из них являлись упрощение расчетов и отсутствие отрицательных координат, что неизбежно, если за основные принимать цвета RGB.

В настоящее время рабочей является международная колориметрическая система XYZ. В ней обычно выражают результаты измерений, а система RGB выполняет вспомогательную, иногда контрольную функцию. Тем не менее, следует еще раз отметить, что именно система RGB явилась основой системы XYZ.

Распределение цветов R G В от 0 (нет цвета) до 255 (максимальная интенсивность), следовательно, максимальное отображение цветов 256х256х256=16,7+ миллионов различных цветов, которые может отобразить спецификация CIE XYZ. (www.rgb.com)

Таким образом, любой оттенок цвета имеет свои легко вычисляемые пространственные координаты (Шашлов А., Чуркин А. Цветовое пространство. Компьютерра, 16, 1999).

Одно из базисных положений стандартной колориметрической системы XYZ гласит: координаты цветности всех реальных цветов системы rgb должны лежать внутри треугольника цветности xyz. Точка белого цвета на диаграмме ху должна иметь координаты 0,33; 0,33 (как и на диаграмме rg), что соответствует равноэнергетическому источнику Е. Учитывая, что колориметрическая система XYZ была получена путем пересчета из RGB, такого положения белой точки удалось достичь. Кривые сложения rl, gl, bl также были преобразованы и в xl, yl, zl (фиг.3).

Авторами в научно-медицинской и патентной литературе не обнаружено сведений о колориметрической обработке изображения слизистых. Таким образом предлагаемое изобретение соответствует критерию ″мировая новизна″.

При известности колориметрии цвета авторами впервые была изучена и доказана на практике количественная характеристика возможных вариантов окраски слизистых. Приведенные количественные характеристики являются новыми и явным образом не следуют из уровня техники. Таким образом предлагаемое изобретение соответствует критерию ″изобретательский уровень″.

Способ определения цвета слизистых оболочек при эндоскопических исследованиях заключается в комплексной методике, включающей традиционную видеоэндоскопию и обработку изображения колориметрическим комплексом (фиг.5б).

Колориметрический комплекс состоит из аппаратной и программной части.

Аппаратная часть - дополнение видеоэндоскопического комплекса компьютером с видеозахватывающей платой.

Программная часть - программа, импортирующая захваченное видеоплатой изображение слизистой оболочки и измеряющая количество цвета по системе CIE XYZ в выбранном участке слизистой оболочки.

Интерфейс колориметрической программы состоит двух модулей - модуля регистрации больных и модуля определения количества цвета (фиг.6).

Используется компьютер типа IBM PC с видеозахватывающей платой ″Asustek 6600DLX″, позволяющей принять видеосигнал (TV-in). Видеоизображение захватывается программой ″AsusLive!″ в двух режимах непрерывного отображения (или записи) и в качестве слайдов 24-bit глубины цвета. Для измерения цвета используется разработанная программа ″Метрология цвета″, которая импортирует выбранные слайды слизистой оболочки исследуемого органа (фиг.7).

В основе программы ″Метрология цвета″ математическая модель колориметрической системы CIE XYZ.

Программа ″Метрология цвета″ позволяет произвольно производить измерения цвета на выбранной площади (сегменте) слайда. Определяются пространственные координаты цвета по векторам Red-″красный″, Green-“зеленый”, Вlue-″синий″ от 0 до 255 в координатной оси XY и показатель -количество цвета (результат суммы цветовых уравнений определенный на заданной площади) (А.Шашлов, А.Чуркин. Метрология цвета, Компьютерра, №16, 1999 г).

Описание методики исследования на примере определения количества цвета слизистой желудка.

Вводят фиброгастроскоп с головкой видеокамеры (видеогастроскопия) в пищевод, желудок и осматривают отделы желудка по методике традиционной гастроскопии. (Савельев В.С. Руководство по клинической эндоскопии, 1985). Изображение слизистой оболочки желудка эндоскопической видеокамерой транслируется в компьютер, захватывается видеоизображение слизистой желудка, в реальном режиме времени, производятся слайды (24-bit) измеряемой слизистой желудка, которые импортируются в колориметрическую программу, которая в режиме реального времени производит определение количества цвета в выбранном участке слизистой оболочки желудка. Данные колориметрических измерений сохраняются в программе ″Метрология цвета″ индивидуально для каждого больного с возможностью ретроспективного анализа по сохраненным слайдам слизистой оболочки с результатами измерений количества цвета.

Опыт применения методики в гастроскопии показал следующие результаты:

Показатель цвета слизистой оболочки при значениях менее 50 соответствует яркой гиперемии, от 51 до 55 умеренной гиперемии, от 56 до 60 - слабой гиперемии, от 61 до 65 - розовой, от 66-69 - бледно-розовой, от 70 до 75 - сероватой окраски, более 75 - серому цвету слизистой оболочки. Единицы измерения цвета соответствуют стандартной колориметрической системе CIE XYZ (Commision Inernationale de L’Eclairage - Международная комиссия по освещению).

Пример 1. Больной Задерей, 24 года. Эндоскопическое заключение:

Поверхностный гастродуоденит. (фиг.8)

Пример 2. Больная Александрова, 36 лет Эндоскопическое заключение: Атрофический гастрит. (фиг.9)

Данные метрологии цвета.

Следует отметить, что при атрофическом гастрите показатель Ц (цвет) выше, чем при поверхностном. Это связано с тем, что при атрофическом гастрите более выражен белый цвет (высокие значения всех основных цветов красного, синего, зеленого), так как слизистая субъективно сероватой окраски. При поверхностном гастрите субъективно слизистая ярко гиперемированная (больше красного компонента с уменьшением зеленого и синего).

При контрольно-динамических исследованиях метрология цвета количественно показывает динамику изменений цвета слизистой.

Пример 3. Больной Зайнутдинов, 65 лет. Эндоскопическое заключение: Рефлюкс- гастрит оперированного желудка по Бильрот-1. Поверхностный анастомозит. (фиг.10).

Данные метрологии цвета полученные при первичном исследовании.

Данные метрологии цвета, полученные при повторном исследовании через 7 дней (фиг.11)

Данные колориметрии показывают при, казалось бы, схожей эндоскопической картине различные значения количества цвета в слизистой. Это изменение цвета важно в оценке динамики репаративных процессов, степени эффективности лекарственного лечения гастритов, язвенной болезни, болезнях оперированного желудка.

Достоверно определен цвет слизистой оболочки желудка, 12 п.к. у больных с хроническими гастритами, язвенной болезнью желудка и 12 п.к. и оперированных желудках. Проведена контрольно-динамическая колориметрия слизистой оболочки больным после резекций желудка, больным с язвенной болезнью желудка и 12 п.к. Полученные данные позволили определить динамику изменений цвета слизистой оболочки у данной группы больных объективно - количественно.

По сравнению с визуальным способом оценки цвета слизистой оболочки цветовосприятием врача предлагаемый способ определения цвета слизистых оболочек обладает следующими преимуществами:

1. Исключен субъективизм описания цвета слизистой врачом за счет определения цвета по колориметрической системе CIE XYZ.

2. Полученные данные являются объективными и однозначными (цвет по векторам R, G, В от 0-255; показатель цвет в интервале <50-75>).

3. Определение количественной динамики изменения цвета слизистой оболочки при контрольно-динамических исследованиях.

Следует отметить дополнительные характеристики данной методики:

1. Легкость выполнения методики - непосредственно за обычное время эндоскопического исследования.

2. Абсолютная нетравматичность - отсутствие зондов, датчиков и т.д., лазерных излучений, ультразвуковых волн и т.д. и т.п.

3. Возможность определения цвета ретроспективно путем анализа изображения слизистой оболочки с видеокассет, video-CD дисков и т.д.

Недостатки данной методики:

1. Наличие на слизистой желудка слизи, желчи, искажающие производимые измерения.

2. Наличие бликов от источника света на слизистой оболочке.

Для устранения этих недостатков рекомендуется:

1. Производить измерения с незагрязненных участков слизистой оболочки или после удаления загрязнения.

2. Использование эндоскопической видеокамеры с антибликовой системой.

Отдельно следует отметить техническую простоту данного метода и осуществление его при обычной фиброгастроскопии. Способ легко воспроизводим и дает при его осуществлении указанный технический результат. Таким образом предлагаемое изобретение соответствует критерию ″промышленная применимость″.

Формула изобретения

1. Способ колориметрии слизистых оболочек при видеоэндоскопических исследованиях путем обработки изображения компьютером с видеозахватывающей платой и программой цветоопределения, отличающийся тем, что измеряют пространственные координаты цвета по векторам R, G, В и показатель "количество цвета" (Ц), при этом при значениях Ц менее 50 цвет слизистой оболочки определяют как яркую гиперемию, от 51 до 55 - как умеренную гиперемию, от 56 до 60 - как слабую гиперемию, при значениях Ц от 61 до 65 цвет слизистой определяют как розовый, от 66-69 - как бледно-розовый, от 70 до 75 - как сероватый, а при значениях более 75 - как серый.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку изображения проводят в реальном режиме времени эндоскопического исследования.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку изображения проводят ретроспективно по видеозаписи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11