Автоматизована система для гістероскопічного дослідження з терапевтичними функціями

Реферат: Автоматизована система для гістероскопічного дослідження з терапевтичними функціями містить конструктивно об'єднані мініатюрну кольорову CCD-камеру, зображення від якої виводиться на екран персонального комп'ютера, планшетного комп'ютера чи смартфона через провідний зв'язок за протоколом USB, високоефективні напівпровідникові випромінювачі видимого, ультрафіолетового та інфрачервоного частин спектра, що об'єднані у групу, випромінювання яких регулюється та модулюється з комп'ютера. Розміщення мініатюрної камери та високоефективних напівпровідникових випромінювачів виконується на кінці діагностичного пристрою. Пристрій додатково має канал для інструментів за вибором лікаря. UA 107081 U (12) UA 107081 U UA 107081 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до сфери медичної техніки, а саме до гінекологічних апаратів, призначених для дослідження порожнини внутрішніх органів за допомогою спеціальних оптичних приладів з освітлювальним пристроєм, і може бути використана в ендоскопічній люмінесцентній діагностиці ранніх стадій онкологічних та інфекційних захворювань у гінекології. Корисна модель призначена для виявлення тих чи інших захворювань жіночих статевих органів, а також подальшого їх лікування. Його застосування може буди ефективним для перевірки внутрішніх причин безпліддя, встановлення можливих причин повторних викиднів, знаходження та переустановлення внутрішньоматкової спіралі (ВМС), огляду матки і фаллопієвих труб тощо. Альтернативою звичайному огляду є сучасний та ефективний метод дослідження порожнини внутрішніх органів за допомогою спеціальних оптичних приладів з освітлювальним пристроєм, а саме - ендоскопія. У гінекології вона використовується для огляду шийки матки (кальпоскопія), порожнини матки (гістероскопія) і органів малого тазу (лапароскопія), а також для операцій на них. Відомий пристрій, що дозволяє виявити ділянки досліджуваної порожнини внутрішніх органів при візуальному спостереженні внутрішніх органів та їх висвітленні в області видимого випромінювання (заявка Японії № 6323776, кл. А61В 5/00). Також відомим є ендоскоп [авт. св. СРСР № 929050, 1982, № 19], що містить канал освітлення, до якого через оптичний перемикач, що почергово підключає джерело ультрафіолетового освітлення і джерело видимого світла, послідовно приєднані до виходу каналу освітлення окуляр, монохроматичний фільтр і спектрометричний детектор, а вхід каналу освітлення через об'єктив пов'язаний з поверхнею внутрішнього органу пацієнта. Перевагою даного пристрою є те, що в ньому діагноз про наявність тієї чи іншої патології виробляється на основі послідовного візуального аналізу спектра флуоресцентного світіння, збуджуваного зондуючим УФ-випромінюванням, не травмуючи ділянки слизової. Проте даний пристрій має низку недоліків: - недостатня точність діагностики та недостатня точність локалізації патологічного вогнища; - незручність при експлуатації; - суб'єктивність кваліфікації виду патології обстежуваної ділянки і неможливість виявлення онкопатології на ранніх стадіях. Близьким до корисної моделі аналогом є автоматизований пристрій для діагностики в онкології [пат. RU № 2088156, кл. А61В 10/00], що містить конструктивно об'єднані канал освітлення з окуляром і об'єктивом, та інструментальний канал ендоскопа, вхід каналу освітлення через перемикач, який оптично пов'язаний з виходами джерел світлового та зондуючого впливів, містить групу селективних спектрометричних датчиків, багатоканальний аналого-цифровий перетворювач, групу керованих джерел світлових впливів і персональну ЕОМ, дві групи оптичних волокон, входи оптичних волокон першої групи є оптичними входами пристрою, а їх виходи відповідно з'єднані зі входами групи селективних спектрометричних датчиків, виходи яких через багатоканальний аналого-цифровий перетворювач підключені до інформаційних входів персональної ЕОМ, інформаційний вихід якої є інформаційним виходом пристрою, а керуючі виходи персональної ЕОМ підключені відповідно до входів керованих джерел світлових впливів групи, виходи яких оптично пов'язані зі входами відповідних оптичних волокон другої групи, виходи яких є оптичними виходами пристрою. У зазначеному пристрої по оптичних волокнах другої групи на досліджувану поверхню подається зондуюче оптичне випромінювання. Під впливом зондуючого оптичного випромінювання на досліджуваній поверхні виникає вторинне люмінесцентне випромінювання, сприймається оптичними волокнами першої групи. Цей пристрій вигідно відрізняється від попереднього відсутністю зазначених недоліків і високим ступенем автоматизації. Однак при ендоскопічних люмінесцентних дослідженнях в гінекології рівні сигналів зондуючого випромінювання на виході оптичних волокон товщиною, наприклад, 50 мкм, малі і не можуть бути виміряні сертифікованими засобами вимірювань. Тим більше надзвичайно малі рівні наведеного (під дією зондуючого опромінення) вторинного люмінесцентного світіння. В такому випадку важко розрізнити незначний відгук (вторинного люмінесцентного світіння від обстежуваної поверхні), або дефект в оптоелектронних трактах. Крім того, аналог має недостатню роздільну здатність спектрального аналізу вторинного люмінесцентного світіння, що обмежується кінцевим числом селективних спектрометричних датчиків, що представляють поєднання вузькосмугових оптичних фільтрів, що встановлюються на вході серійних широкосмугових фотоприймачів. Відомий автоматизований пристрій для діагностики онкопатологій в гінекології [Пат. RU № 2370202], який обрано за прототип. 1 UA 107081 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Даний пристрій містить конструктивно об'єднані канал освітлення з окуляром і об'єктивом, та інструментальний канал ендоскопа, дві групи оптичних волокон, групу керованих джерел оптичних впливів, персональну ЕОМ, інформаційний вихід якої є інформаційним виходом пристрою, один керуючий вихід персональної ЕОМ, котрий підключений до входу запуску групи керованих джерел оптичних впливів, виходи якої оптично пов'язані зі входами першої групи оптичних волокон, виходи яких є оптичними виходами пристрою, входи другої групи оптичних волокон є оптичними входами пристрою, додатково містить кольорову відеокамеру, спектрометр, імітатор патології та імітатор норми, які виконані з можливістю показань імітації відповідно різного вторинного люмінесцентного світіння від патологічної та здорової тканин при подачі на них зондуючого випромінювання від джерела випромінювання, а також з можливістю почергового оптичного підключення їх до виходів оптичних волокон першої групи, і входів оптичних волокон другої групи. Виходи оптичних волокон другої групи підключені до оптичного входу спектрометра, інформаційні виходи якого через USB-порт підключені до інформаційних входів персональної ЕОМ, другий і третій керуючі виходи якої підключені відповідно до входу запуску спектрометра і до входу запуску кольорової відеокамери, причому на зовнішній бічній поверхні волокон другої групи нанесені металізовані нанопокриття. До недоліків прототипу слід віднести наступне: - недостатня точність діагностики та локалізації патологічного вогнища у зв'язку з використанням оптичних каналів - втрати світла на переходах оптичних волокон та лінз; - збільшений діаметр пристрою (особливо на ділянці, що потрапляє у досліджуване середовище), при використанні оптичних каналів та лінз; - спроба зменшення діаметру за рахунок об'єднання оптичних каналів (передаючого та приймаючого) призводить до ускладнення процедури діагностування; - велике навантаження на м'язи рук лікаря під час керування пристроєм; - відсутність автоматизованих засобів; - застаріла матеріально-технічна база. Задачею корисної моделі є поліпшення технічних та експлуатаційних характеристик пристрою для діагностики, профілактики та лікування, як інфекційних запалень, так і онкопатологій в гінекології в частині збільшення роздільної здатності спектрального аналізу вторинного люмінесцентного випромінювання; збільшення точності позиціонування діагностичної та терапевтичної частин пристрою та зменшення фізичного навантаження на лікаря за рахунок використання автоматизованого позиціонування; можливості фіксації кольорової відеоінформації патологічних ділянок та проведення терапевтичних процедур. Поставлена задача вирішується тим, що використання конструктивного поєднання мініатюрної кольорової CCD-камери, що розміщується на кінці діагностичної частини корисної моделі, зображення від якої виводиться на екран персонального комп'ютера, планшетного комп'ютера чи смартфона через провідний зв'язок за протоколом USB; високоефективних напівпровідникових випромінювачів видимого, ультрафіолетового та інфрачервоного частин спектра випромінювання яких регулюється та модулюється; сервоприводи для забезпечення автоматизованого позиціонування робочої частини у двох взаємно перпендикулярних площинах, керування якими здійснює лікар через блок управління та мікроконтролер. Додатковокорисна модель має канал для інструментів за вибором лікаря. На кресленні представлена функціональна схема пристрою. Автоматизований пристрій для гістероскопічного дослідження із терапевтичними функціями складається з мікроконтролера 1, напівпровідникових випромінювачів видимої, ультрафіолетової та інфрачервоної частин спектра 2, інструментального каналу 3, мініатюрної кольорової CCD-камери 4, сервоприводів 5.1 та 5.2 для автоматизованого переміщення робочого кінця пристрою, блока управління 6, персонального комп'ютера (або смартфона) 7, що отримує графічну інформацію через USB протокол 8. До складу робочої частини апарату (пунктирна лінія) входять блок випромінювачів 2, камера 4 та інструментальний канал 3. Оптичні випромінювачі 2 призначені для формування випромінювання в ультрафіолетовому, видимому, інфрачервоному діапазоні довжин хвиль, а параметри випромінювання (наприклад, інтенсивність, спектр, доза, тривалість сеансу) задаються лікарем з персонального комп'ютера 7 чи блока керування 6. Управління інтенсивністю джерел 2 проводиться шляхом зміни управляючих впливів (шляхом зміни частоти і скважності імпульсів світлового випромінювання). Пристрій може працювати в декількох режимах: 1) візуального спостереження; 2) діагностики; 3) терапевтичного світлового впливу; 2 UA 107081 U 5 10 15 20 25 30 35 40 4) терапевтичного (операційного) впливу через інструментальний канал. У режимі візуального спостереження видиме світло від джерела 2 висвітлює ділянку дослідної поверхні. Відбите світло реєструється камерою 4. Зображення освітленої ділянки через USB протокол 8 потрапляє до персонального комп'ютера 7, де візуально спостерігається до виявлення підозрілої ділянки, що вимагає більш точної діагностики. Для точного позиціонування використовується автоматизована система переміщення робочої частини, що складається з сервоприводів 5.1 та 5.2. Сервоприводи 5.1 та 5.2 переміщують робочу частину апарату у двох взаємно перпендикулярних площинах відповідно до команд з персонального комп'ютера 7 через USB протокол 8 та мікроконтролер 1, або відповідно до команд з блока керування 6. Точність позиціонування (крок переміщення) забезпечується зворотнім зв'язком між сервоприводами 5.1 та 5.2 та мікроконтролером 1. У режимі діагностування робоча частина пристрою залишається зорієнтованою на підозрілу ділянку поверхні. З персонального комп'ютера 7 або блока управління 6 через мікроконтролер 1 подаються команди на зміну спектра випромінювання випромінювачів 2 згідно ймовірного діагнозу. У разі отримання вторинного флуоресцентного випромінювання від досліджуваної ділянки камерою 4 (з наступною передачею зображення на екран комп'ютера 7) діагноз підтверджується. У подальшому лікар для більш точного визначення меж патологічного вогнища може наблизити робочу частину до ділянки поверхні. У режимі терапевтичного світлового впливу пристрій робочою частиною орієнтується над ділянкою поверхні, яка призначена для такого виду лікування, випромінювачі 2 налаштовуються на випромінювання у визначеній ділянці спектра (відповідно до встановленого діагнозу та обраної методики лікування). До параметрів, які налаштовуються, належать: довжина хвилі випромінювання, інтенсивність, доза, вид модуляції випромінювання та час процедури. Потім виконується опромінювання. У разі, коли площа ділянки перевищує апертуру випромінювачів 2, проводиться опромінювання з поступовим переміщенням апертури. У режимі терапевтичного (операційного) впливу через інструментальний канал 3 подається інструмент, яким управляє лікар безпосередньо. Перелік інструментів дуже широкий (від зондів для біопсії до електроприпалювачів). Лікар слідкує за роботою інструмента за зображенням на екрані комп'ютера 7, що отримується CCD камерою 4. Використання сучасної мініатюрної CCD камери як реєстратор зображення дозволяє значно зменшити діаметр як робочої поверхні пристрою, так і діаметра дроту біля робочої поверхні (за рахунок відмови від оптичних волокон), а це, у свою чергу, значно підвищує комфортність процедури для пацієнток. Крім цього, камера 4 дозволяє накопичувати у базі даних значну кількість кольорових зображень патологічних ділянок різних пацієнтів у різні моменти часу, відслідковувати динаміку та покращувати процес лікування. Використання як випромінювачі 2 над яскравих світлодіодів різної довжини хвилі також призводить до зменшення діаметру робочої частини за рахунок відмови від оптичних волокон. Світлодіоди дозволяють точніше підбирати спектр випромінюванняяк під час дослідження, так і під час терапевтичного світлового впливу. Крім цього, вони дозволяють значно зменшити енерговитрати та нагрівання робочої частини під час роботи. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 1. Автоматизована система для гістероскопічного дослідження з терапевтичними функціями, що містить конструктивно об'єднані мініатюрну кольорову CCD-камеру, зображення від якої виводиться на екран персонального комп'ютера, планшетного комп'ютера чи смартфона через провідний зв'язок за протоколом USB, високоефективні напівпровідникові випромінювачі видимого, ультрафіолетового та інфрачервоного частин спектра, що об'єднані у групу, випромінювання яких регулюється та модулюється з комп'ютера, яка відрізняється тим, що розміщення мініатюрної камери та високоефективних напівпровідникових випромінювачів виконується на кінці діагностичного пристрою, що дозволяє значно зменшити діаметральні розміри пристрою. 2. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що пристрій додатково має канал для інструментів за вибором лікаря. 3. Система за п. 2, яка відрізняється тим, що позиціонування робочої частини виконується за допомогою сервоприводів для підвищення точності та ступеня автоматизації. 3 UA 107081 U Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4