способ флуоресцентной эндоскопии и устройство его реализующее

Формула изобретения

1. Способ флуоресцентной эндоскопии путем облучения излучением определенного спектрального состава биологического объекта и регистрации отраженного излучения с последующим формированием на экране монитора его изображения, при этом, в режиме флуоресцентного исследования, часть отраженного излучения в виде отраженного возбуждающего света вводят в канал отраженного света, другую часть - в виде света флуоресценции, вводят в флуоресцентный канал и регистрируют их соответствующими телекамерами, а введение в каналы осуществляют светоделителем, отличающийся тем, что предварительно эндоскопическую систему калибруют с помощью образца сравнения, обладающего оптическими характеристиками, близкими к биологическому объекту в свете флуоресценции и отраженном возбуждающем свете, используют дихроичный светоделитель, и по усредненному видеосигналу от всего кадра (или его части), формируемого телекамерой в канале отраженного света, изменяют чувствительность телекамеры флуоресцентного канала, а по распределению видеосигнала в кадре телекамеры канала отраженного света проводят посредством процессора коррекцию видеосигналов кадра телекамеры флуоресцентного канала.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по усредненному сигналу в кадре телекамеры канала флуоресценции от образца сравнения корректируют числовые значения фотометрических данных флуоресцентного изображения биологического объекта, а по данным о неравномерности распределения сигналов в кадрах телекамеры канала флуоресценции и по величине среднего сигнала в кадрах телекамеры канала отраженного света полученных при регистрации изображений образца сравнения на различных расстояниях от него до торца эндоскопа проводят цифровую коррекцию кадров телекамеры канала флуоресценции при регистрации изображений биологического объекта.

3. Устройство флуоресцентного эндоскопа, содержащее комбинированный осветительный блок, выполненный с возможностью освещения биологического объекта белым светом или коротковолновым возбуждающим флуоресценцию излучением и связанный осветительным жгутом с оптическим каналом эндоскопа, канал передачи изображения эндоскопа, оптический переключатель каналов, светоделитель и каналы отраженного света и флуоресцентный, снабженные телекамерами для приема изображения в отраженном света и в свете флуоресцентного излучения, соответственно, светофильтры, процессор и монитор, отличающееся тем, что светоделитель выполнен дихроичным, а телекамеры - с возможностью подачи видеосигнала от цветной телекамеры канала отраженного света на вход схемы автоматической регулировки чувствительной монохроматической телекамеры флуоресцентного канала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к флуоресцентным (люминесцентным) эндоскопическим приборам и может быть использовано для диагностики различных заболеваний, в частности онкологических, в организме человека.

Известен люминесцентный эндоскоп, содержащий систему освещения объекта наблюдения и систему восприятия изображения этого объекта визуально или с помощью фотоприемника (авт. св. СССР 891062, кл. А 61 В 1/00, 1/04, публ. 1981 г.).

Известен импульсный эндоскоп-фотометр, содержащий источник белого света и источник коротковолнового излучения с переключателем излучения от одного источника к другому, визуальный канал наблюдения, а также фотометрический канал для измерения интенсивности флуоресценции. С помощью такого прибора можно определять уровень суммарной флуоресценции в пределах всего поля зрения эндоскопа. Но этим прибором нельзя оценивать интенсивность флуоресценции в локальных участках поля зрения (авт. св. СССР 1428342, кл. А 61 В 1/06, публ. 1986 г.).

Известна флуоресцентная эндоскопическая система, в которой изображения, полученные в отраженном белом свете и в свете флуоресценции, поступают попеременно на одну и ту же телевизионную камеру и с помощью буферных запоминающих устройств одновременно отображаются на мониторе (патент US 4821117, кл. А 61 В 1/04, публ. 1989г.).

Однако эта известная флуоресцентная система не обеспечивает достаточно высокого качества видеоизображений, т.к. особенности эндоскопических изображений в отраженном белом свете и в свете флуоресценции выдвигают перед телевизионной камерой разные требования. Первая требует получения высококачественного цветного изображения. Вторая, вследствие малой яркости флуоресцентных изображений, предъявляет повышенные требования к чувствительности.

Наиболее близкой к заявленному техническому решению является флуоресцентная эндоскопическая система, реализующая способ, при котором изображения, полученные в отраженном белом свете и в свете флуоресценции, поступают по выбору оператора, либо на цветную телевизионную камеру, либо на высокочувствительную монохромную камеру и наблюдаются на экране монитора (патент US 5772580, кл. А 61 В 1/04, публ. 1998 г.).

Однако результаты регистрации флуоресцентной картины с помощью указанной системы недостаточно точны, т.к. на регистрируемый сигнал влияет ряд дестабилизирующих факторов:

а) изменение расстояния между торцом эндоскопа и объектом, а также угла его наклона относительно поверхности объекта,

б) изменение освещенности изображения объекта по полю зрения, вызванное падением светосилы объектива эндоскопа от центра к периферии, а также неравномерностью освещения,

в) изменение потока возбуждающего излучения, вызванное нестабильностью источника света во времени, старением и сменой ламп, неточной настройкой освещения и пр.,

г) вариация характеристик элементов оптико-электронного тракта от одного экземпляра к другому и изменение этих характеристик во времени.

Целью изобретения является повышение точности диагностики путем снижения зависимости регистрируемых флуоресцентных изображений от указанных негативных факторов.

Поставленная цель достигается тем, что регистрацию изображений в свете флуоресцентного излучения производят одновременно с регистрацией изображений в отраженном возбуждающем свете с помощью общего тракта передачи изображения эндоскопа и двух телевизионных камер, установленных в каналах, образованных дихроичным светоделителем. Коротковолновую часть отраженного излучения объекта, обусловленную отражением от него возбуждающих лучей, вводят в канал отраженного света, а длинноволновую часть отраженного излучения объекта, обусловленную его флуоресценцией, вводят во флуоресцентный канал. Усредненный видеосигнал от всего кадра или его части в канале отраженного света используют для изменения чувствительности телекамеры флуоресцентного канала, а по распределению видеосигнала в кадре телекамеры отраженного света производят, посредством процессора, коррекцию видеосигналов кадра телекамеры флуоресцентного канала.

Для повышения точности диагностики эндоскопическую систему перед началом работы калибруют с помощью образца сравнения, поверхность которого одинакова в различных его точках и обладает оптическими характеристиками, близкими к исследуемому объекту, как в свете флуоресценции, так и в отраженном возбуждающем свете. Для этого регистрируют изображения образца сравнения в свете флуоресценции и отраженном возбуждающем свете в фиксированных условиях. Усредненный сигнал в кадре, зарегистрированном вторым телеканалом от образца сравнения, используют для корректировки числовых значений фотометрических данных флуоресцентного изображения исследуемого объекта, а данные о неравномерности распределения сигналов в кадрах второго телеканала, а также о величине среднего сигнала в кадрах первого телеканала, полученные при регистрации изображений образца сравнения на различных расстояниях от него до торца эндоскопа, используют для цифровой коррекции кадров второго телеканала при регистрации изображений исследуемого объекта.

Этот способ флуоресцентной эндоскопии реализуется устройством, принципиальная схема которого изображена на чертеже.

Устройство содержит комбинированный осветительный блок 1 белого света и коротковолнового излучения с переключателем указанных излучений и устройством для регулировки потока коротковолнового излучения, осветительный жгут 2, эндоскоп 3 с осветительным каналом 4 и каналом 5 передачи изображения объекта 6 и с окуляром 7, цветную телевизионную камеру 8 для приема изображений в отраженном свете и монохромную телевизионную камеру 9 для приема изображений в свете флуоресценции, оптический переключатель каналов 10, включающий в себя дихроичный светоделитель 11, выполненный в виде откидного зеркала, и датчик положения зеркала 12, запирающий светофильтр 13, объективы 14. Видеосигналы от обеих телекамер поступают в процессор 15 и через него на монитор 16. Видеосигнал из телекамеры 8, кроме того, поступает на вход схемы автоматической регулировки усиления телекамеры 9, а также на вход схемы регулировки интенсивности возбуждающего излучения осветительного блока 1.

Такое техническое решение является новым, не известным в практике разработки флуоресцентных (люминесцентных) эндоскопов, а совокупность отличительных признаков не следует из уровня техники. Существенность отличительных признаков заключается в том, что, несмотря на известность отдельных технологических приемов и отдельных элементов, при их введении в указанной связи предлагаемый способ и устройство проявляют новые свойства, которые позволяют создать аппаратуру для более точной диагностики опухолевых образований.

Изобретение является промышленно применимым из-за простоты конструкции устройства и известности технологических процессов применения способа и изготовления отдельных элементов устройства. Это решение предполагает использование современных материалов и технологических приемов, серийно освоенных промышленностью.

При проведении флуоресцентных исследований устройство работает следующим образом.

Коротковолновое излучение определенного спектрального состава из осветительного блока 1 с помощью осветительного жгута 2 направляется через осветительный канал 4 эндоскопа 3 на биологический объект 6, например на слизистую оболочку желудка, и возбуждает его флуоресценцию в области больших длин волн. При этом в канал передачи изображения 5 эндоскопа поступает вторичное излучение от объекта 6, состоящее из флуоресцентного излучения и отраженного возбуждающего излучения. Часть лучей вторичного излучения, полученная в результате отражения от объекта коротковолнового возбуждающего излучения, пройдя дихроичный светоделитель 11, поступает на цветную телекамеру 8, а другая часть лучей, полученная в результате отражения от дихроичного светоделителя 11 длинноволнового излучения, поступает на монохромную телекамеру 9. Усредненный видеосигнал от всего кадра или части кадра, формируемого цветной телекамерой 8, поступает на вход схемы автоматической регулировки усиления монохромной телекамеры 9 для изменения ее чувствительности, а распределение сигналов в кадре телекамеры 8 используется для коррекции яркости кадра телекамеры 9 с помощью процессора 15 путем деления ее сигналов на сигналы от соответствующих точек кадра телекамеры 8 после проведения над последними операции низкочастотной пространственной фильтрации.

Таким образом, удается уменьшить зависимость результатов регистрации флуоресцентных кадров объекта 6 от расстояния торца 17 эндоскопа 3 до объекта 6 и от его наклона, кратковременных вариаций потока возбуждающего излучения осветительного блока 1, неравномерности освещения объекта 6 и различий светосилы по полю зрения объектива 18 эндоскопа 3. Использование в качестве светоделителя 11 дихроичного зеркала позволяет, кроме того, улучшить скрещенность прибора, т.е. уменьшить проникновение возбуждающего излучения в канал флуоресценции.

Периодический контроль измерительной системы с помощью образца 19 сравнения позволяет устранять влияние дрейфа характеристик прибора во времени, при замене комплектующих, изменении настройки и сделать сопоставимыми фотометрические данные, полученные на разных приборах, а использование изображений образца сравнения в процедуре коррекции изображений объекта в свете флуоресценции позволяет повысить точность измерений по полю.

При проведении исследований в отраженном белом свете дихроичный светоделитель 11 выводят из хода лучей. При этом срабатывает датчик 12, переключающий осветительный блок 1 в режим белого света. Лучи белого света, отразившись от объекта 6 и пройдя эндоскоп 3, беспрепятственно поступают на телекамеру 8, формирующую на экране монитора 16 полноценное цветное изображение.

Заявитель изготовил макетный образец флуоресцентного эндоскопа, в котором в качестве эндоскопа используется гастродуоденоскоп ГДБ-ВО-Г-1 (ЛОМО). В комбинированном осветительном блоке для освещения объекта коротковолновым излучением применена ртутная лампа ДРШ-250-2 с возбуждающим светофильтром, а для освещения его в белом свете используется галогенная лампа типа КГИ 9-75. Переключение режимов освещения в осветительном блоке производится дистанционно с помощью соленоида. В канале отраженного света применена стандартная цветная одноматричная ПЗС-камера KS-162 (Panasonic), а во флуоресцентном канале - специальная высокочувствительная монохромная телевизионная камера системы "ТВИСТ" ("Оптический журнал", том 67, 1, с.70-77, 2000г.). В качестве компьютера использовался IBМ -совместимый персональный компьютер класса Pentium III, оснащенный платой видообработки DC-30, фрейм-граббером системы ТВИСТ и специальным программным обеспечением, предназначенным для управления телевизионными и другими устройствами ввода/вывода, запоминания кадров и видеофильмов, а также обработки и анализа телевизионных изображений.

В качестве образца сравнения в экспериментах использовалась окрашенная флуоресцентным красителем пленка из органического материала, у которой отражающие и флуоресцентные свойства были близкими аналогичным свойствам слизистой поверхности желудка после введения в организм пациента фотосенсибилизатора "Аласенс".