способ диагностики поверхностей биообъектов с использованием отраженной лучистой энергии

Формула изобретения

Способ диагностики поверхностей биообъектов с использованием отраженной лучистой энергии путем формирования с помощью программного вычислительного устройства по интенсивности отраженной энергии визуального физического представления исследуемой поверхности на соответствующем носителе информации

экране дисплея с выделением на полученном изображении нескольких отдельных геометрических мест точек с заданным постоянным значением коэффициента отражения и определения по полученному изображению характеристик объекта, отличающийся тем, что каждое из геометрических мест точек формируют в виде замкнутой непересекающейся с другими двумерной области путем присвоения каждой области своего заданного значения коэффициента отражения и отображения этого значения коэффициента отражения приданием данной области определенного цвета или оттенка цвета, а по полученному изображению судят об абсорбционной способности объекта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицинской диагностике, а именно, к способам диагностики поверхностей биообъектов с использованием полученного по отраженной лучистой энергии изображения исследуемой поверхности, и может быть использовано для проведения медико-биологических и биофизических исследований, а также в различных областях практической медицины, в частности, в дерматологии, онкологии, при лечении ран в световом массаже для выбора режимов обработки биоткани, например, излучением лазера, с учетом абсорбционной способности различных участков ткани.

Известен способ диагностики пораженных поверхностей биообъектов с использованием отраженной лучистой энергии путем получения с помощью телекамеры изображения пораженных тканей о определения по полученному изображению положения пораженной зоны (Пат. Великобритании N 2126717, G 1 A, 1982 г. а также "Применение лазеров для диагностики заболеваний [по данным зарубежной печати за 1968-1986 г.г. Г.А.Симонова, П.Г.Швальб, "Обзоры по электрон. техн. Сер.11. Лазерн. техн. и оптоэлектрон.", вып. 7(1300), М. ЦНИИ "Электроника", 1987, с. 14-16).

Недостатками известного способа являются ограничение его функциональных возможностей только определением очертаний и расположения пораженной зоны, отсутствие возможности корректировки телевизионного изображения.

Известен также способ диагностики поверхностей биообъектов с использованием отраженной лучистой энергии путем получения с помощью вычислительного устройства изображения тканей и определения по полученному изображению их состояния ("Применение лазеров в медицине [по данным отечественной и зарубежной печати за 1971-1985 г.г.", М.Т.Александров и др. "Обзоры по электрон. техн. Сер. 11. Лазерн. техн. и оптоэлектрон. ", вып. 9(1228), М. ЦНИИ "Электроника", 1987, с. 18-20).

Недостатком этого способа является пониженная точность диагностики поверхностных кожных образований вследствие влияния бликов на качество изображения. Причиной бликов является рассеяние лазерного излучения на неровностях исследуемой поверхности. Наличие на изображении бликов приводит к искажению в соответствующих местах изображения истинной интенсивности отраженного сигнала, которая является искомой полезной информативной характеристикой сигнала. В местах бликов изображение представляет неверную информацию о степени отражения лучистой энергии абсорбционной способности ткани. С учетом ошибочного знания абсорбционной способности, в частности, может быть сделан неправильный вывод о требуемой для таких участков дозе облучения, что приведет к недоступному или неэффективному воздействию излучения.

Известен и способ диагностики биообъектов с использованием отраженной лучистой энергии путем получения с помощью вычислительного устройства увеличенного изображения исследуемого биологического материала (плазмы крови), формирования в изображении по крайней мере одной замкнутой области соответствующей очертаниям объекта исследования (форме каждого из кровяных телец), и определения по полученному изображению характеристик исследуемого материала (количества телец) ("Система облучения лазерного микроскопа с управлением от ЭВМ", "The Review of Laser Engineering", 1987, 15, N 3, с. 20-28, яп. рез. англ.).

При использовании указанного способа для диагностики поверхностных кожных образований его недостатком также является влияние бликов, искажающих картину распределения интенсивности отраженного сигнала.

Кроме того, известен способ получения через ЭВМ в режиме цветного изображения эквиденситных полей рентгенограммы путем ее двойной обработки на аналоговой ЭВМ и промежуточного фотографирования (авт. св. СССР N 1627131, кл. A 61 B 6/00, 1985).

Применение данного способа для обработки полученного с помощью отраженной лучистой энергии изображения пораженной или патологической кожной поверхности не позволяет избавиться от бликов на изображении и усложняет картину распределения интенсивности при их наличии, что ограничивает область использования способа.

Наиболее близким к предложенному является способ диагностики патологических образований с использованием отраженной лучистой энергии путем формирования по интенсивности отраженной энергии изображения очага патологии или поражения и определения по полученному изображению требуемых характеристик очага, а именно его формы и размеров (авт. св. СССР N 1543615, кл. A 61 N 5/06, 1987).

Недостатком способа-прототипа является пониженная точность определения абсорбционной способности патологического образования или другого рода пораженной поверхности вследствие влияния на качество изображения бликов, приводящих к искажению распределения интенсивности отраженного сигнала, являющейся полезной информативной характеристикой и свидетельствующей и абсорбционной способности участков исследуемой ткани.

Задачей изобретения является повышение точности определения абсорбционной способности различных участков исследуемой ткани биообъекта путем исключения ошибок за счет бликов на изображении.

Для решения поставленной задачи в известном способе диагностики поверхностей биообъектов с использованием отраженной лучистой энергии путем формирования по интенсивности отраженной энергии изображения очага патологии или поражения и определения по полученному изображению характеристик очага, полученную область очага разбивают на несколько вложенных друг в друга и/или находящихся рядом дополнительных непересекающихся замкнутых областей, изображение каждой из которых представляют в соответствии со значением определенной, например, средней для этой области величины интенсивности отраженной энергии, в частности, приданием этой области определенного цветового оттенка, и по полученному распределению интенсивности судят о абсорбционной способности объекта исследования.

Введение в способ по прототипу новых отличительных операций выделение в изображении исследуемой области биообъекта нескольких дополнительных областей и представление изображения каждой из них в соответствии с определенным значением интенсивности отраженной энергии, являющимися, в частности, средним для этой дополнительной области, обеспечивает в совокупности с ограничительными признаками способа получение изображения исследуемого объекта без увеличенных на его отдельных участках за счет бликов значений интенсивности отраженной энергии. Это является новым техническим результатом, получаемым при осуществлении предложенного нового технического решения.

Указанное повышает эффективность диагностики и последующего лечения кожных образований.

На фиг. 1 приведена структурная схема установки для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 график изменения коэффициента отражения при одном из проходов луча по исследуемой области биообъекта, сплошная линия, и установленная исследователем или оператором ступенчатая кривая коэффициента отражения (пунктир); на фиг. 3 вариант изображения исследуемой области биообъекта с одной дополнительной областью (Д) экстремального значения коэффициента отражения; на фиг. 4 вариант изображения исследуемой области биообъекта с двумя дополнительными областями (Г и Ж) экстремальных значений коэффициентов отражения;

На фиг. 3 и 4 приняты следующие обозначения:

А, Б, В, Г, Д, Е и Ж дополнительные области исследуемого биообъекта;

K величина коэффициента отражения, равная отношению отраженной от объекта мощности к падающей на него, отн. ед.

L пространственная координата, см.

Установка для осуществления способа (фиг. 1) содержит источник излучения 1, например лазер с лучом 2, частично отражающее зеркало 3, зеркало 4 с центральным отверстием, подвижное, вращающееся относительно двух взаимно перпендикулярных осей, зеркало 6 устройства 7 для перемещения луча по поверхности 8 биообъекта, датчик 9 мощности прямого сигнала и датчик 10 мощности отраженного сигнала. Установка содержит также вычислительное устройство, включающее процессор 11 с памятью, соединенный с дисплеем 12 и блоком 13 управления процессором (клавиатура, устройство типа "мышь"). Входы 14, 15 процессора 11 соединены с выходами датчиков 9, 10, выход 16 процессора соединен с входом устройства 7 управления перемещением луча.

В качестве источника излучения 1 может быть использован, например, гелий-неоновый лазер, в качестве вычислительного устройства ПЭВМ типа IBM PC/AT с соответствующим программным обеспечением. В качестве датчиков 9 и 10 используются фотодатчики типа ФД-256. В качестве программного средства используется программа обработки изображений, например, типа IMAGE (НПО "Спектр", г.Москва).

Установка функционирует следующим образом.

При включенном лазере 1 луч 2 сначала попадает на зеркало 3. Известная меньшая часть мощности луча 2 отражается от зеркала 3 и попадает на фотодатчик 9 мощности прямого сигнала. Большая часть мощности проходит через зеркало 3, затем через отверстие 5 в зеркале 4 и попадает на зеркало 6 устройства 7 перемещения луча, управляемое с помощью программы из процессора 11. Прямой луч лазера отражается от установленного под заданным углом зеркала 6 и направляется в требуемую точку исследуемой поверхности 8 биообъекта. Отраженный от поверхности биообъекта сигнал 17 отражается от зеркал 6 и 4 и попадает на датчик 10 мощности отраженного сигнала. С использованием соответствующего программного обеспечения по сигналам от датчиков 9 и 10 в процессоре 11 рассчитывается коэффициент K отражения мощности от поверхности 8 биообъекта. На экране дисплея 12 формируется изображение исследуемой точки поверхности объекта. Изображение точки может быть отражено на экране, например, с интенсивностью установленного цвета, пропорциональной вычисленному значению коэффициента отражения. Или изображению может быть придан определенный цвет в зависимости от интервала значений, в которых находится вычисленное значение коэффициента отражения. Полученные значения коэффициентов для всех точек изображения заносятся в память ПЭВМ.

При обходе лучом 2 лазера 1 исследуемой поверхности 8 биообъекта на экране дисплея формируется изображение этой поверхности в выбранном цвете (или в черно-белом варианте), распределение степени насыщенности (яркости) которого по изображению представляет картину распределения величин коэффициента отражения по поверхности исследуемой области объекта, включающую помеховые изменения коэффициента отражения за счет бликов. На фиг. 2 приведен пример распределения коэффициента отражения при одном из проходов луча 2 по исследуемой области (сплошная линия 18). Пики 19 соответствуют повышениям коэффициента отражения за счет бликов.

Полученное изображение может редактироваться с помощью программы обработки изображений. Задавая определенное значение коэффициента отражения, можно создать изображение линии, как совокупности точек с заданной величиной K. В частности, таким образом выделяется пораженная область исследуемой поверхности по граничному значению коэффициента отражения (замкнутая кривая 20 на фиг. 3, 4). По нескольким заданным значениям K может быть получена совокупность линий, разбивающая объект исследования на несколько дополнительных областей А, Б, В, Г, Д, Ж (фиг. 3, 4). Здесь, например, области Б, В и Г являются вложенными одна в другую, области В и Д находятся рядом друг с другом.

Границы областей редактируются для того, чтобы включить изображения бликов в ту или иную дополнительную область или выделить требуемый участок пораженной поверхности биообъекта. Полученные дополнительные области изображения могут быть выделены приданием каждой из них, например, интенсивности цвета (на чертежах не показано), соответствующей, например, значению коэффициента отражения, ранее выбранному для одной из ограничивающих эту область кривых линий. При этом их изображения исчезают помеховые яркие места, соответствующие бликам. Это иллюстрируется ступенчатой линией 21 на фиг. 2, участки 22 и 23 которой соответствуют дополнительным областям отредактированного изображения, имеющим теперь постоянные для этих областей значения интенсивности без бликовых выбросов.

Дополнительная область может быть выделена также интенсивностью цвета, соответствующей среднему для этой области значению коэффициента отражения, полученному в виде среднего арифметического от значений коэффициентов интенсивностей кривых, ограничивающих область.

Способ действует следующим образом.

Путем последовательного обхода лучом 2 с помощью устройства 7 поверхности 8 исследуемого биообъекта при одновременном измерении коэффициента отражения на экране дисплея 12 строят изображение исследуемой поверхности биообъекта, отражающее распределение по ней коэффициента отражения, что характеризует абсорбционную способность поверхности. Определяют максимальное и минимальное значения коэффициентов отражения, полученные процессором и устанавливают граничное для пораженной области значение коэффициента отражения, равное значению коэффициента для нормальной, не пораженной поверхности. По граничному для пораженной поверхности значению коэффициента отражения строят на экране кривую, отделяющую пораженную часть поверхности от нормальной, выделяя пораженную область. Область при необходимости уточняют путем подбора граничного значения коэффициента отражения и сравнения получаемых контуров области с самим исследуемым объектом, а также путем ручной коррекции контура области.

Устанавливая ряд значений коэффициента отражения, находящихся в интервале от минимального до максимального, строят несколько соответствующих этим значениям кривых, формирующих замкнутые, находящиеся рядом или вложенные друг в друга дополнительные области объекта исследования (например, области А-Ж на фиг. 3, 4). Выбор числа этих значений коэффициентов, то-есть числа дополнительных областей, проводят, в частности, в обратной зависимости от величины градиента коэффициента отражения на полученном изображении. При этом форма дополнительных областей определяется распределением по изображению измеренных величин коэффициента отражения. Число и конфигурацию дополнительных областей и значения придаваемых им значений коэффициентов отражения корректируют в соответствии с местоположением бликов для устранения их влияния, а также в соответствии с необходимостью выделения для экспертной оценки того или другого участка исследуемой поверхности биообъекта. Может быть осуществлено частичное выделение дополнительных областей только для участков изображения, имеющих блики.

Изображению каждой из дополнительных областей придают интенсивность выбранного цвета соответствующую, например, указанному выше среднему для этой области значению. Для представления изображений дополнительных областей используют интенсивности (оттенки) серого цвета или цвета, приближающегося к цвету исследуемой поверхности, например коричневого.

В результате получают изображение исследуемой пораженной области объекта, лишенное бликов и разделенное на подлежащие индивидуальному анализу участки (соответствующие дополнительным областям изображения). Интенсивность цвета каждого из участков отражает величину его абсорбционной способности, а соотношение интенсивностей цветов участков их относительную абсорбционную способность.

По полученному изображению исследуемой патологической области с выделенным исследователем в соответствии с ее состоянием участками поверхности проводят индивидуальную и сравнительную оценку абсорбционной способности этих участков, с учетом которой оценивают степень поражения каждого участка, общее состояние обследуемой области биообъекта. Результаты оценки вводятся в ПЭВМ и заносятся в базу данных для последующего использования в исследованиях или ходе лечения.

Для проведения лечения каждой из дополнительных областей назначают определенную дозу облучения, сумма которых будет равна общей дозе облучения, требуемой для пораженной области. Изображение исследуемой области и полученные значения доз облучения, назначенные для дополнительных областей, также вносятся в базу данных. Результатом осуществления способа в этом случае является полученное физическое представление дозного поля, которое затем используется для формирования дозного поля при облучении пораженной области, например, лучом лазера.