УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВНУТРЕННИХ ОРГАНОВ И ТКАНЕЙ ЧЕЛОВЕКА Российский патент 1996 года по МПК A61B6/08 

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к устройствам для неконтактного исследования внутренних органов и тканей человека или других биологических объектов.

Известно устройство для исследования и диагностики невидимых при визуальном осмотре дефектов, содержащее источник рентгеновского излучения и люминисцентный экран [1]
Недостатком известного устройства является облучение ионизирующим излучением пациента и персонала, низкая разрешающая способность устройства (порядка 4 мм^-1), обусловленная низкой разрешающей способностью рентгеновского экрана (порядка 8 10 мм^-1), а также сложность исследования мягких тканей, обусловленная жесткостью рентгеновского излучения.

Известно устройство для исследования внутренних органов и тканей человека, содержащее объектив, оптически сопряженный с приемником инфракрасного (ИК) излучения, выход которого соединен с видеоблоком. В качестве приемника излучения использовано фотосопротивление из антимонида индия, охлаждаемое жидким азотом, что обеспечивает эксплуатацию устройства не более 4 ч. Известное устройство позволяет определить температуру различных участков тела пациента по их собственному ИК-излучению, анализируя величину и распределение которых судят о состоянии того или иного органа [2]
К недостаткам известного устройства можно отнести низкую информативность, т.к. сам орган при этом не визуализируется, т. е. отсутствует информация об объеме, о возможном изменении геометрии органа или наличия в нем пространственных дефектов, посторонних частиц или других очагов, обуславливающих, в частности, возможное изменение поля температур. Односторонний характер получаемой с помощью известного устройства информации в ряде случаев не удовлетворяет современным требованиям диагностики.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение информативности исследования объекта за счет определенной визуализации исследуемого органа при высокой разрешающей способности и безвредности метода исследования.

Для достижения данного результата в устройство для исследования внутренних органов и тканей человека введен лазер, оптически соединенный через выходной многоволоконный световод с оптической головкой, снабженной выходным поляроидом, а приемник излучения выполнен в виде электронно-оптического преобразователя (ЭОП), вход которого снабжен интерференционным светофильтром и оптически соединен через входной многоволоконный световод с объективом, снабженным входным поляроидом, а соединение выхода преобразователя с видеоблоком осуществлено через телевизионную передающую ПЭС камеру, при этом объектив и оптическая головка выполнены с возможностью их оптического сопряжения через исследуемый объект. В качестве ЭОП может быть использован преобразователь, выполненный в виде последовательно расположенных входного растра, фотокатода, антидисторсионных электродов в виде полуколец, расположенных с зазором, микроканальной пластины, экрана и выходного растра, причем растры сопряжены, а их размер выбран совпадающим с размером чувствительной поверхности передающей ПЗС-камеры.

В качестве лазера может быть использован полупроводниковый GaAs GaAlAs лазер.

Для снижения доли рассеянного через объектив излучения и повышения контраста видимого изображения оптическая головка и объектив снабжены поляроидами, согласованными по вектору поляризации. Для того, чтобы ЭОП работал при дневном освещении, применен интерференционный светофильтр, подобранный на длину волны излучения лазера, а для пары лазер-ЭОП использовано импульсное питание с учетом необходимых временных задержек. Для этого в блоке питания пары лазер-ЭОП предусмотрена линия задержки, обеспечивающая задержку, равную Δt, между импульсом управления МКП и импульсом питания лазера для выполнения условия:

где Δt₁ задержка между оптическим импульсом лазера и электрическим (питающим) импульсом;
d толщина объекта, м;
n показатель преломления объекта на длине волны излучения лазера;
C скорость света, м/с.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для исследования внутренних органов и тканей человека.

На фиг. 2 показан ЭОП, предназначенный для использования в данном устройстве.

Устройство содержит полупроводниковый лазер 1 на основе GaAs GaAlAs, конденсорную линзу 2, объединенные в оптический блок излучателя 3, оптическую головку 4, соединенную с блоком излучателя 3 с помощью выходного многоволоконного световода 5, снабженную выходным поляроидом 6 и направленную на исследуемый объект 7. Приемник излучения, выполненный в виде ЭОПа 8, соединен с передачей телевизионной ПЗС-камерой 9, выход которой соединен с видеоблоком 10. ЭОП 8 и лазер 1 согласованно питаются от специального источника питания 11. Вход ЭОП снабжен интерференционным фильтром 12 и оптически соединен с помощью входного многоволоконного световода 13 с объективом 14. На входе объектива 14 установлен входной поляроид 15. Оптическая головка 4 и объектив 14 снабжены соответствующими линзами 16 и 17. ЭОП 8 выполнен в виде входного растра 18, фотокатода 19, антидисторсионных электродов 20, выполненных в виде полуколец, микроканальной пластины 21, экрана 22 и выходного растра 23. Решетки растров могут быть нанесены на различные детали при условии их расположения на входе и выходе ЭОП.

Устройство работает следующим образом.

Лазер 1 генерирует излучение, например, в диапазоне длин волн 0,82 0,85 мкм. ИК-излучение лазера 1, собранное конденсорной линзой 2, передается через выходной многоволоконный световод 5 в оптическую головку 4. Оптическая головка 4 устанавливается таким образом, чтобы осуществить оптическое сопряжение через исследуемый объект 7 с объективом 14.

На чертеже показан случай, когда оптическая головка 4 установлена с противоположной стороны объекта так, что излучение лазера проходит сквозь прозрачный для данного излучения исследуемый объект 7 и попадает в объектив 14. Возможны другие варианты размещения оптической головки 4 и объектива 14, но так, чтобы индуцированное излучением лазера излучение исследуемого объекта 7, а также отраженное или рассеянное объектом 7 излучение лазера 1 попадало в объектив 14. ИК-излучение далее передается через входной многоволоконный световод 13, интерференционный светофильтр 12 и входной растр 18 на фотокатод 19 ЭОП 8. В ЭОП 8 ИК-изображение преобразуется в видимое изображение. Сопряжение растров осуществлено таким образом, что в отсутствии управляющего сигнала на антидисторсионных электродах 20 изображение на выходе ЭОПа 8 отсутствует. При подаче управляющего импульса на электроды 20 происходит необходимое смещение изображений растров 18 и 23 и соответственно передача требуемой информации. При этом шаг растра определяется разрешением системы (мм), а ширина непрозрачного штриха растра на 5 10% превышает ширину прозрачного штриха. Информация об исследуемом объекте после ЭОПа с помощью передающей ПЗС-камеры 9 передается на видеоблок (монитор) 10. Для получения более полной картины облучающая оптическая головка может перемещаться относительно исследуемого объекта, сохраняя вышеуказанное электромагнитное сопряжение через объект с объективом 14.

Известные данные о степени и механизме прохождения электромагнитного излучения, в частности, красного и коротковолнового ИК-излучения через биологические ткани подтверждается успешными исследованиями, проведенными авторами с помощью данного устройства при дефектоскопии зубов (на черт. изображен в качестве исследуемого объекта 7 зуб.).

Данное устройство позволяет расширить класс устройств безвредного неконтактного исследования и диагностики различных органов человека и других биологических объектов в реальном масштабе времени.

Использование: для неконтактного исследования внутренних органов и тканей человека или других биологических объектов. Сущность изобретения: лазер 1 генерирует излучение, которое через многоволоконный световод 5 передается в оптическую головку 4, оптически сопряженную через исследуемый объект 7 с объективом 14. ИК-излучение через многоволоконный световод 13, светофильтр 12 и входной растp 18 передается на фотокадод 19 ЭОП 8, на котором ИК-изображение преобразуется на фотокатод 19 ЭОП 8, на котором ИК-изображение преобразуется в видимое изображение и через ПЗС-камеру на видеоблок. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для исследования внутренних органов и тканей человека, содержащее объектив и приемник излучения, выход которого соединен с видеоблоком, отличающееся тем, что в него введен лазер, оптически соединенный через выходной многоволоконный световод с оптической головкой, снабженной выходным поляроидом, а приемник излучения выполнен в виде электронно-оптического преобразователя, вход которого снабжен интерференционным светофильтром и оптически соединен через входной многоволоконный световод с объективом, снабженным входным поляроидом, а соединение выхода преобразователя с видеоблоком осуществлено через телевизионную передающую ПЗС-камеру, при этом объектив и оптическая головка выполнены с возможностью их оптического сопряжения через исследуемый объект. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электронно-оптический преобразователь выполнен в виде последовательно расположенных входного растра фотокатода, антидисторсионных электродов в виде полуколец, микроканальной пластины, экрана и выходного растра, причем растры сопряжены, а их размер выбран совпадающим с размером чувствительной поверхности передающей ПЗС-камеры. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что в качестве лазера использован полупроводниковый лазер.