устройство для визуализации и регистрации цветного изображения внутренней структуры глаза

Формула изобретения

Устройство для визуализации и регистрации цветного изображения внутренней структуры глаза, содержащее аккомодированный на бесконечность источник света, осветитель с тремя светодиодами с излучением в голубой, зеленой и красной областях спектра, подключенными к коммутатору, оптическую систему осветителя, последовательно расположенные на оптической оси входной объектив, кольцевое зеркало с прозрачным окном, проекционную оптическую систему и черно-белую телевизионную камеру, компьютер и цветной дисплей, отличающееся тем, что проекционная оптическая система выполнена с возможностью продольного перемещения вдоль оптической оси посредством электродвигателя и трансмиссии и контроля ее положения датчиком перемещения, который механически связан с трансмиссией и подключен к контроллеру, электродвигатель подключен к источнику питания через ключевой элемент, управляющий вход которого соединен с контроллером, выходы которого связаны с аккомодированным на бесконечность источником света, коммутатором, телевизионной камерой и компьютером.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области медицинских приборов и инструментов для диагностических целей и может быть использовано в качестве системы визуального наблюдения и регистрации изображения внутренней структуры глаза.

Известно устройство визуализации глазного дна (см. US 5300964, кл. А61В 3/14, 5.04.94). Оно состоит из входного объектива, кольцевого зеркала с прозрачным окном на оптической оси системы, проекционной оптической системы, фоторегистрирующего материала, окуляра и осветителя, выполненного в виде коллиматора и спектрального фильтра, за которым соосно расположены и оптически связаны два источника света, один из которых непрерывный, а другой импульсный.

При этом пациент фиксирует взгляд на неподвижном точечном предмете, расположенном так, чтобы за счет разворота глаза в поле зрения прибора помещалась нужная область глазного дна. Коллимированный свет от непрерывного источника с помощью кольцевого зеркала и объектива проектируют на зрачок пациента и он, пройдя сквозь хрусталик, освещает глазное дно. Рассеянный на глазном дне свет вновь проходит через хрусталик и с помощью объектива и проекционной оптической системы формируется в плоскости фоторегистрирующего материала в действительное изображение глазного дна. Это изображение с помощью опущенного подъемного зеркала визуально наблюдают через окуляр.

Для регистрации изображения на фотоматериале глазное дно освещают короткой вспышкой видимого света импульсной лампы.

Недостатком указанного устройства является то, что с его помощью невозможно визуализировать изображение аномалий оптической системы глаза, расположенных между внешней поверхностью глаза и поверхностью глазного дна.

Наиболее близким аналогом является устройство для визуализации и регистрации цветного изображения глазного дна (см. RU 2215464, кл. А61В 3/00, 10.11.2003). Это устройство состоит из аккомодированных на бесконечность точечных источников света, входного объектива, оптической системы осветителя, полноцветного светодиода в виде трех источников с излучением в голубой, зеленой и красной областях спектра, управляемого коммутатором. Кроме того, схема включает как самостоятельный оптический элемент - глаз пациента, кольцевое зеркало с прозрачным окном, проекционную оптическую систему, черно-белую телевизионную камеру, компьютер и цветной дисплей.

По управляющему сигналу коммутатором включается один из источников света. При этом пациент фиксирует зрение глаза на источнике света и тем самым фиксирует пространственно угловое положение глаза относительно поля зрения прибора. Далее на коммутатор поступает от компьютера синхронизированный с сигналом кадровой синхронизации камеры управляющий сигнал. По этому сигналу, на время одного кадра, включатся один из источников света, свет которого, пройдя через оптическую систему осветителя и отразившись от кольцевого зеркала, с помощью объектива освещает глазное дно глаза. Рассеянный на глазном дне свет с помощью объектива и проекционной оптической системы формирует на камере действительное изображение глазного дна. Это изображение с помощью камеры преобразуется в электрический сигнал, который поступает на компьютер, где и регистрируется в цифровом виде. На следующем кадре включается другой источник с длиной волны излучения, отличной от предыдущего. Таким образом, в течение трех кадров камеры в памяти компьютера регистрируется три изображения, снятые в голубой, зеленой и красной областях спектра, после чего из записей трех черно-белых изображений программно формируется один выходной полноцветный видеосигнал.

Недостаток прототипа в том, что с его помощью невозможно визуализировать изображение аномалий оптической системы глаза, расположенных между внешней поверхностью глаза и поверхностью глазного дна. Недостатки обусловлены тем, что оптическая система прототипа принципиально не обеспечивает возможности визуализации всего объема оптической системы глаза.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в устранении вышеуказанных недостатков и создание устройства, обеспечивающего визуализацию всего объема оптической системы глаза, включая глазное дно, стекловидное тело, хрусталик и внешнюю поверхность глаза.

Технический результат достигается тем, что устройство для визуализации и регистрации цветного изображения внутренней структуры глаза, содержащее аккомодированный на бесконечность источник света, осветитель с тремя светодиодами с излучением в голубой, зеленой и красной областях спектра, управляемых коммутатором, оптическую систему осветителя, последовательно расположенные на оптической оси входной объектив, кольцевое зеркало с прозрачным окном, проекционную оптическую систему, черно-белую телевизионную камеру, компьютер и цветной дисплей, дополнительно содержит электродвигатель, трансмиссию, датчик перемещения (угла поворота), контроллер, источник питания и ключевой элемент, причем проекционная оптическая система выполнена с возможностью продольного перемещения вдоль оптической оси посредством электродвигателя и трансмиссии, датчик перемещения (угла поворота) механически связан с трансмиссией и подключен контроллеру, электродвигатель подключен к источнику питания через ключевой элемент, управляющий вход которого соединен с контроллером, а контроллер, в свою очередь, связан с аккомодированным на бесконечность источником света, коммутатором, телевизионной камерой и компьютером.

На чертеже показана принципиальная схема устройства.

На принципиальной схеме устройства для визуализации и регистрации цветного изображения внутренней структуры глаза:

1 - точечный источник света;

2 - светодиод;

3 - коммутатор;

4 - оптическая система осветителя;

5 - входной объектив;

6 - кольцевое зеркало;

7 - проекционная система;

8 - видеокамера;

9 - компьютер;

10 - цветной дисплей;

11 - электродвигатель;

12 - трансмиссия;

13 - датчик перемещения (угла поворота);

14 - контроллер;

15 - источник питания;

16 - ключевой элемент;

17 - хрусталик;

18 - исследуемый глаз.

Устройство для визуализации и регистрации цветного изображения внутренней структуры глаза содержит точечный источник света 1, соединенный с контроллером 14. К контроллеру 14 через коммутатор 3 подключены три светодиода 2 (красной, зеленой и синей), свет от которых через оптическую систему осветителя 4 отразившись от кольцевого зеркала 6 с помощью входного объектива 5 проецируется на хрусталик 17 исследуемого глаза 18.

Устройство содержит проекционную систему 7, положение которой контролируется с помощью датчика перемещения (угла поворота) 13, механически связанного с трансмиссией 12 и подключенного к контроллеру 14. Контроллер 14 через ключевой элемент 16 подключает источник питания 15 к электродвигателю 11, который посредством трансмиссии 12 перемещает проекционную систему 7.

Проекционная система 7 формирует в плоскости видеокамеры 8 действительное изображение глазного дна, которое передается на компьютер 9. Видеокамера и компьютер соединены с контроллером 14. К компьютеру подключен цветной дисплей 10.

Работа устройства для визуализации и регистрации цветного изображения внутренней структуры глаза осуществляется следующим образом.

По управляющему сигналу контроллера 14 включается точечный источник света 1. При этом пациент сосредотачивает зрение исследуемого глаза 18 на точечном источнике света 1 и тем самым фиксирует пространственно-угловое положение глаза 18 относительно оптической оси прибора. Аккомодация глаза 18 на бесконечность обеспечивает неизменность параметров хрусталика 17 в процессе исследования.

Далее на управляющий вход ключевого элемента 16 с контроллера 14 подается соответствующий управляющий сигнал, при этом напряжение источника питания 15 через замкнутый ключевой элемент 16 подается на электродвигатель 11, который посредством трансмиссии 12 перемещает проекционную систему 7 в начальное положение. В начальном положении эквивалентный объектив, в который входят хрусталик 17 глаза 18, входной объектив 5 и проекционная система 7, фокусируется на глазном дне. Начальное положение проекционной системы 7 контролируется с помощью датчика перемещения (угла поворота) 8, механически связанного с трансмиссией 12 и подключенного к контроллеру 14.

Затем по сигналу контроллера 14 на время одного кадра посредством коммутатора 3 включается один из трех светодиодов осветителя 2 (например, красный), свет которого, пройдя через оптическую систему осветителя 4, отразившись от кольцевого зеркала 6, с помощью входного объектива 5 проецируется на хрусталик 17 глаза 18 так, что пройдя через хрусталик, освещает внутреннее пространство глаза, включая глазное дно. Рассеянный на глазном дне свет осветителя 2 проходит через хрусталик 17 в обратном направлении и с помощью входного объектива 5 и проекционной системы 7 формирует в плоскости видеокамеры 8 действительное изображение глазного дна. Кадровая синхронизация видеокамеры 8 обеспечивается синхросигналом, подаваемым на видеокамеру 8 с контроллера 14. Соответствующий синхросигнал с контроллера 14 подается также на компьютер 9. Действительное изображение глазного дна в плоскости видеокамеры 8 при освещении красным светодиодом осветителя 3 преобразуется в стандартный телевизионный сигнал, который поступает на компьютер 9. При съемке последующих кадров включаются другие светодиоды осветителя 2 с длиной волны, отличной от предыдущей (зеленый, синий).

Таким образом, в течение времени, соответствующему съемке трех кадров, в памяти компьютера 9 регистрируются три черно-белых изображения глазного дна, снятых в красной, зеленой и синей областях спектра. В компьютере 9 из этих трех черно-белых изображений программно формируется полноцветное изображение глазного дна, которое регистрируется в памяти компьютера 9 и отображается на экране цветного дисплея 10.

Затем по команде контроллера 14, как было описано выше, проекционная система 8 перемещается в другое положение. При этом эквивалентный объектив, в который входят хрусталик 17 глаза 18, входной объектив 5 и проекционная система 7, фокусируется в плоскости, отстоящей на некотором расстоянии от глазного дна. Новое положение проекционной системы 7 задается программой контроллера 14 и контролируется с помощью датчика перемещения (угла поворота) 13, механически связанного с трансмиссией 12 и подключенного к контроллеру 14. При этом положении проекционной системы 7 производится видеосъмка и регистрация изображения внутренней области глаза 18 в плоскости фокусировки эквивалентного объектива.

Таким же способом при автоматическом дискретном перемещении проекционной системы 8 вдоль оптической оси из начального положения в конечное положение, производится регистрация ряда цветных изображений («срезов») внутреннего объема глаза 18 в области от глазного дна до наружной поверхности хрусталика. По этим изображениям в компьютере 9 программно строится трехмерное изображение внутренней структуры глаза 18, которое регистрируется в памяти компьютера 9 и отражается на цветном дисплее 10. Полученные с помощью устройства данные служат основой для выявления аномалий оптической системы глаза.

Устройство реализуется на базе стандартных электронных и оптических элементов. В качестве контроллера может быть использован микроконтроллер типа AT89S8252 фирмы ATMEL. Ключевой элемент может быть реализован с использованием биполярных транзисторов КТ 859 и Кт 853, каталог ЗАО «Чип Индустрия», весна 2006, с.580. В качестве датчика перемещения (угла поворота) может быть применен цифровой датчик угла поворота типа EAW фирмы BOURNS INC., США, каталог ЗАО «Чип Индустрия», весна 2006, с.580.