Эндоскопическая видеосистема и способ её работы Российский патент 2023 года по МПК A61B1/04 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно - к эндоскопическим системам сбора визуальных данных, их обработки, хранения, передачи на устройства отображения.

Известен стереоскопический видеоэндоскоп (патент RU №181438 от 25.01.2018), снабженный устройством управления, выполненным с возможностью формирования сигналов, управляющих работой источника света, приемника изображения и оптических затворов, а также формированием выходного видеосигнала изображения, который может быть воспроизведен с помощью стереоскопического монитора или телевизора, позволяющего наблюдать объемное изображение с помощью специальных очков.

Недостатком является пониженное надежность хранения обработанных видеоданных и пониженное быстродействие при выведении видеосигнала на устройства отображения, а также - отсутствие возможности передачи выходных сигналов беспроводным способом.

Известна система и способ работы эндоскопического устройства с возможностью визуализации (патент US N2 6184922 от 30.09.1997), включающее оптическую систему захвата и формирования видеосигнала (эндоскопическое видеоустройство); устройство освещения области (управляемые светодиоды), которую захватывает видеокамера; блок камеры эндоскопа, где выполняется обработка и преобразование (в соответствие с программой) полученного видеосигнала с видеокамеры эндоскопа; блок памяти для хранения преобразованного видеосигнала с эндоскопа; интерфейс для присоединения внешнего устройства, например персонального компьютера, с возможностью записи в его память захваченного изображения; блок вывода цифрового сигнала; монитор, на котором демонстрируется захваченное камерой эндоскопа изображение.

Недостатком является пониженная надежность хранения обработанных видеоданных, а также - отсутствие возможности передачи входных и выходных сигналов беспроводным способом.

Известно устройство обработки видеосигналов для устройства, предназначенного для биологических наблюдений (патент RU №2378976 от 07.03.2006), имеющее осветительный модуль исследуемого объекта; блок управления обработкой сигналов для фотоэлектрического преобразования света, отраженного от живого тела, основанного на освещающем свете; модуль съемки изображения (эндоскопическое видеоустройство), создающий снятый сигнал изображения, и выводящий снятый сигнал изображения на устройство отображения; устройство обработки сигналов, обрабатывающее входящий от камеры видеосигнал в зависимости от освещенности, в зависимости от которой осуществляет регулировку цветового тона выходного видеосигнала.

Способ работы включает получение видеосигнала, его декомпозицию и коррекцию видеосигнала блоком обработки видеосигнала в полосах длин волн, соответствующих красному, зеленому и синему диапазонам, подготавливая данные к выводу на внешнее устройство отображения.

Недостатком данного устройства является пониженная надежность хранения обработанных и подготовленных к выводу данных, а также -отсутствие возможности передачи выходных сигналов беспроводным способом.

Известен способ (заявка US №2013/0215239 от 22.08.2013) создания 3D-модели сцены из цифрового видео, снятого с помощью цифровой видеокамеры, причем цифровое видео включает в себя временную последовательность видеокадров, в которой каждый видеокадр имеет массив пикселей изображения. Способ включает: определение положения объектива видеокамеры цифровой видеокамеры для каждого видеокадра; определение сглаженного пути объектива видеокамеры в зависимости от положений видеокамеры; определение последовательности положений объектива видеокамеры, разнесенных вдоль сглаженного пути объектива видеокамеры, так что видеокадры, захваченные в положениях объектива видеокамеры, имеют, по меньшей мере, целевой уровень перекрывающегося содержимого сцены; выбор последовательности целевых видеокадров из временной последовательности видеокадров на основе положений объектива видеокамеры; анализ целевых видеокадров с использованием процесса трехмерной реконструкции для определения трехмерной модели сцены.

Известна медицинская сеть (патент US №10734116 от 11.08.2015) методы и программное обеспечение, которые включают в себя метод и систему совместного использования медицинских изображений на основе облака, Интернета, которые совместно используют как минимум один файл данных 2D-изображения через Интернет-браузер, который может генерировать вращаемые и управляемые 3D-изображения, и/или 4D-изображения, сделанные пользователями без дополнительного компьютерного программного обеспечения, плагинов или оборудования, для визуализации медицинских 3D- и 4D-изображений для удаленного совместного анализа, обсуждения и/или диагностики, а также для моделирования или облегчения визуализации медицинских процедур.

Известна эндоскопическая видеосистема с модулем обработки данных (патент RU №2657951 от 10.04.2016, прототип), и способ ее работы. Эндоскопическая видеосистема имеет эндоскопическое видеоустройство с устройством захвата изображения (видеоустройство с видеокамерой и управляемой светодиодной подсветкой - источником света); модуль с вычислительным устройством (модуль управления эндоскопической видеосистемой), имеющим интерфейсы ввода видеосигнала от устройства захвата изображения, блок обработки, блок хранения (блок памяти), и блок вывода видеосигнала на устройство отображения с монитором в виде зашифрованного сигнала.

В процессе функционирования по управляющему сигналу от модуля с вычислительным устройством светодиодная подсветка может переключаться между широкополосным видимым светом и узкополосным светом для автофлуорисценции объекта, захватываемого видеокамерой видеоустройства, формирующего видеосигнал, передаваемый через интерфейс на блок ввода видеосигнала модуля с вычислительным устройством, где происходит его сохранение, обработка с сегментацией и созданием анатомической модели процессором с сохраненной в его памяти приложением визуализации с последующим сохранением в памяти модуля с вычислительным устройством в виде данных сегментации и данных изображения или выявленные приложением визуализации особенности анатомической модели, транслируемых в видео, что выводится через блок вывода видеосигнала на монитор.

Недостатком данного устройства является пониженная надежность хранения данных, находящихся в модуле с вычислительным устройством, а также - пониженное быстродействие в случае выведения на устройства отображения с монитором данных сегментации с данными изображения, и особенностей анатомической модели, транслируемых в видео.

Техническая задача, решаемая изобретением, - повышение надежности и защищенности при хранении данных, обработанных эндоскопическим модулем, а также - повышение быстродействия системы при обработке видеоданных и при параллельном выводе данных в формате видеосигнала и 3D-модели на различные устройства.

Техническая задача решена в эндоскопической видеосистеме, имеющей

эндоскопическое видеоустройство с видеокамерой и светодиодной подсветкой, монитор; модуль управления эндоскопической видеосистемы, содержащий блок видеокамеры с энергонезависимой памятью, соединенный с сориентированной в пространстве и подсвечиваемой управляемыми светодиодами видеокамерой эндоскопического видеоустройства; блок управления модулем управления эндоскопической видеосистемы, соединенный с блоком видеокамеры, с интерфейсом для подключения к монитору; блок обработки видеосигнала в набор данных, соединенный с блоком управления модулем эндоскопической видеосистемы, при этом модуль дополнительно имеет первый блок энергонезависимой памяти и второй блок энергонезависимой памяти, соединенные с блоком обработки видеосигнала; блок шифрования данных, соединенный шиной с первым и вторым блоками энергонезависимой памяти, и интерфейсом передачи данных в зашифрованном виде внешним устройствам отображения изображения, полученного с видеокамеры эндоскопического видеоустройства.

Для повышения быстродействия при параллельном выводе данных в формате видеосигнала и 3D-модели на различные устройства блок шифрования данных выходных сигналов оснащен проводным и беспроводным интерфейсом передачи данных.

Для повышения надежности хранения обработанных эндоскопической видеосистемой данных к модулю управления эндоскопической видеосистемой подключен компьютер с базой данных.

Для обеспечения удаленной работы с видеоданными эндоскопической видеосистемы компьютер с базой данных подключен к медицинской сети.

Техническая задача решается при способе работы эндоскопической видеосистемы, включающий переключение светодиодной подсветки между широкополосным видимым светом и узкополосным светом для автофлуорисцеции объекта, захватываемого видеокамерой видеоустройства, формирующего видеосигнал, передаваемый через интерфейс на интерфейс видеокамеры с блоком энергонезависимой памяти; выполнение блоком обработки видеосигнала декомпозиции и коррекция видеосигнала в полосах длин волн, соответствующих красному, зеленому и синему диапазонам; сохранение данных изображения; определение блоком обработки данных положения объектива видеокамеры для каждого видеокадра; определение пути видеокамеры в зависимости от положений видеокамеры; определение последовательности положений видеокамеры, разнесенных вдоль пути видеокамеры, так что видеокадры, захваченные в положениях видеокамеры, имеют, по меньшей мере, целевой уровень перекрывающегося содержимого видеокадра; выбор последовательности целевых видеокадров из временной последовательности видеокадров на основе положений видеокамеры; анализ целевых видеокадров с использованием процесса трехмерной реконструкции для определения трехмерной модели видеокадра; при этом сохранение данных видеосигнала, скорректированных блоком обработки видеосигнала в полосах длин волн, соответствующих красному, зеленому и синему диапазонам, осуществляется в отдельном первом блоке энергонезависимой памяти, а сохранение данных видеосигнала при трансформации видеокадра в трехмерную модель осуществляется в отдельном втором блоке энергонезависимой памяти при задании с клавиатуры или компьютера частоты дискретизации цифрового видеосигнала на видеокадры, при этом контроль процесса передачи данных, размещенных блоком обработки видеосигнала в блоках энергонезависимой памяти, осуществляется блоком управления модуля эндоскопической видеосистемы, а авторизация доступа внешних устройств к первому и второму блокам энергонезависимой памяти осуществляется блоком шифрования данных по беспроводному или проводному каналу связи в соответствии с указаниями с блока управления модулем эндоскопической видеосистемы.

Для обеспечения защищенности данных эндоскопической видеосистемы передача данных осуществляется в медицинскую сеть через программное обеспечение с необходимостью авторизации пользователя.

Технический эффект, - повышение надежности хранения обработанных эндоскопической видеосистемой данных, а также - повышение быстродействия системы при обработке видеоданных и при параллельном выводе данных в формате видеосигнала и 3D-модели на различные устройства, - достигается за счет следующего отличительного признака устройства: модуль дополнительно имеет первый блок энергонезависимой памяти и второй блок энергонезависимой памяти, соединенные с блоком обработки видеосигнала; блок шифрования данных, соединенный шиной с первым и вторым блоками энергонезависимой памяти, и интерфейсом передачи данных в зашифрованном виде с внешними устройствами отображения изображения полученного с видеокамеры эндоскопическое видеоустройство; а также совокупностью отличительных признаков способа управления: сохранение данных видеосигнала, скорректированных блоком обработки видеосигнала в полосах длин волн, соответствующих красному, зеленому и синему диапазонам, осуществляется в отдельном первом блоке энергонезависимой памяти, а сохранение данных видеосигнала при трансформации видеокадра в трехмерную модель осуществляется в отдельном втором блоке энергонезависимой памяти при задании с клавиатуры или компьютера частоты дискретизации цифрового видеосигнала на видеокадры, при этом контроль процесса передачи данных, размещенных блоком обработки видеосигнала в блоках энергонезависимой памяти, осуществляется блоком управления модуля эндоскопической видеосистемы, а авторизация доступа внешних устройств к первому и второму блокам энергонезависимой памяти осуществляется блоком шифрования данных по беспроводному или проводному каналу связи в соответствии с указаниями с блока управления модулем эндоскопической видеосистемы.

Данная совокупность отличительных признаков не найдена в процессе патентно-информационного поиска, - следовательно, техническое решение соответствует критерию «новизна». Она также не следует явно из уровня техники, следовательно, техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».

На Фиг. 1 показана структура эндоскопической видеосистемы с модулем управления.

На Фиг. 2. показана структура эндоскопической видеосистемы с модулем управления, подключенного к медицинской сети.

На Фиг. 3 показан пример сопряжения интерфейсов элементов эндоскопической видеосистемы с модулем управления.

На Фиг. 4 приведен пример алгоритма работы блока управления модулем управления эндоскопической видеосистемой.

На Фиг. 5 приведен пример алгоритма работы блока шифрования данных модуля управления эндоскопической видеосистемой.

Эндоскопическая видеосистема (Фиг. 1-3) имеет эндоскопическое видеоустройство 1, монитор 2, модуль 3 управления эндоскопической видеосистемой, содержащий интерфейс 4 видеокамеры 5 с блоком (не показан) энергонезависимой памяти, соединенный через интерфейс 6 (Фиг. 3) с интерфейсом 6а сориентированной в пространстве видеокамеры 5 эндоскопического видеоустройства 1, имеющей источник 7 света со светодиодами 8, датчиком 9 температуры и вентилятором 10, управляемыми блоком 11 контроля освещения через драйвер 12, связанным с индикатором 13 питания видеокамеры 5; соединенный с блоком 4 видеокамеры 5 блок 14 управления модулем 1 эндоскопической видеосистемой, имеющий интерфейсы 15, 16, 17 для подключения к модулю 3 монитора 2, компьютера 18 с базой данных 19 и клавиатуры 20 соответственно; блок 21 обработки видеосигнала в набор данных, соединенный с блоком 14 управления модулем 3 эндоскопической видеосистемы; соединенные с блоком 21 обработки видеосигнала два физически отдельных и независимых один от второго блока (22 и 23) энергонезависимой памяти, выходы которых соединены с блоком 24 шифрования данных; блок 24 шифрования данных выходных сигналов, регулируемый блоком 14 управления модуля 3 эндоскопической видеосистемы, имеющий интерфейс 16 для параллельной передачи выходной информации к внешним устройствам 2, 18, 19 через интерфейсы 15, 16 передачи в зашифрованном виде проводным и беспроводным способом на интерфейсы 15а внешних устройств 2, 18, 19.

Блоки 14, 21, 22, 23, 24 и интерфейсы 4, 6, 16, 17 размещаются на материнской плате 25 и снабжаются электроэнергией от источника 26 питания, размещенного в модуле 1 управления эндоскопической видеосистемой.

Способ управления модулем 3 эндоскопической видеосистемы, описанный выше осуществляется по управляющему сигналу от блока 14 управления модулем 1, по которому светодиодная подсветка источника 7 света может переключаться между широкополосным видимым светом и узкополосным светом для автофлуорисценции объекта, захватываемого видеокамерой 5 эндоскопического видеоустройства 1, формирующего видеосигнал, передаваемый через соединенные интерфейсы 15 и 15а на интерфейс 4 видеокамеры 5 с блоком энергонезависимой памяти; блок 21 обработки видеосигнала выполняет декомпозицию и коррекцию видеосигнала в полосах длин волн, соответствующих красному, зеленому и синему диапазонам; определение положения видеокамеры 5 эндоскопического видеоустройства 1 для каждого видеокадра; определение сглаженного пути видеокамеры 5 в зависимости от положений эндоскопического видеоустройства 1; определение последовательности положений видеокамеры 5, разнесенных вдоль сглаженного пути камеры, так что видеокадры, захваченные в положениях видеокамеры 5, имеют, по меньшей мере, целевой уровень перекрывающегося содержимого видеокадра; выбор последовательности целевых видеокадров из временной последовательности видеокадров на основе положений видеокамеры 5; анализ целевых видеокадров с использованием процесса трехмерной реконструкции для определения трехмерной модели видеокадра.

Данные видеосигнала, обработанные блоком 21 обработки видеосигнала в полосах длин волн, соответствующих красному, зеленому и синему диапазонам, сохраняются в отдельном первом блоке 22 энергонезависимой памяти, а данные видеосигнала, трансформированные обработанные блоком 21 обработки видеосигнала и трансформированные в 3D-модель видеокадра, сохраняются в отдельном втором блоке 23 энергонезависимой памяти. Блок 14 управления модулем эндоскопической видеосистемы на основании данных введенных в него с клавиатуры 20 или компьютера 18 задает частоту дискретизации цифрового видеосигнала на видеокадры.

Блок 14 управления модулем 3 эндоскопической видеосистемы проводит (Фиг. 4):

1) проверку работоспособности блока 2 камеры с энергонезависимой памятью;

2) проверку работоспособности блока 21 обработки видеосигнала;

3) разрешение/запрет видеокамере 5 эндоскопического видеоустройства 1 записи данных в блок 4 видеокамеры с блоком энергонезависимой памяти;

4) разрешение/запрет интерфейсу 4 видеокамеры 5 с энергонезависимой памятью передавать данные в блок 21 обработки видеосигнала;

5) настройку в соответствие введенными оператором с помощью компьютера 18 или клавиатуры 20 указаний алгоритма шифрования блока 24 шифрования данных.

Передача данных, размещенных блоком 21 обработки в блоках 22 и 23 энергонезависимой памяти, контролируется блоком 14 управления модуля 3.

Блок 24 шифрования данных осуществляет авторизацию внешних устройств 2, 18, 19 по беспроводному и/или проводному каналу связи в соответствии с алгоритмами, заданными блоком 14 управления модулем 3.

Блок 24 шифрования данных (Фиг. 5):

1) осуществляет авторизацию внешних устройств 2, 18, 19 по беспроводному и/или проводному каналу связи, разрешая или запрещая им доступ в соответствии с алгоритмами, заданными с блока 14 управления модулем 3 для доступа к энергонезависимой памяти (22, 23);

2) проводит шифрование данных, перемещаемых из модуля 3 эндоскопической видеосистемы авторизированными устройствами 2, 18, 19 из энергонезависимой памяти 22 с данными и памяти 23 с данными о 3D-модели.

3) осуществляет прерывание передачи данных конкретным авторизированным устройствам 2, 18, 19, при получении соответствующей команды от блока 14 управления модулем 1 эндоскопической видеосистемы.

Компьютер 18 с базой данных 19, подключенный к медицинской сети 27, позволяет при после авторизации, проведенной блоком 24 шифрования данных, осуществлять обмен данными в медицинской сети 27 через программное обеспечение, установленное в памяти устройств, входящих в медицинскую сеть 27, с необходимостью авторизации пользователя и последующего совместного использования медицинских изображений.

Группа изобретений относится к медицинской технике. Эндоскопическая видеосистема имеет эндоскопическое видеоустройство; монитор; модуль управления эндоскопической видеосистемы, содержащий блок видеокамеры с энергонезависимой памятью, соединенный с сориентированной в пространстве и подсвечиваемой управляемыми светодиодами видеокамерой эндоскопа; блок управления модулем управления эндоскопической видеосистемы, соединенный с блоком видеокамеры, с интерфейсом для подключения к монитору; блок обработки видеосигнала в набор данных, соединенный с блоком управления модулем эндоскопической видеосистемы, при этом модуль имеет первый и второй блоки энергонезависимой памяти, соединенные с блоком обработки видеосигнала, а также блок шифрования данных, соединенный шиной с первым и вторым блоками энергонезависимой памяти и интерфейсом передачи данных проводным и беспроводным способами в зашифрованном виде внешним устройствам отображения для передачи в медицинскую сеть через компьютер с базой данных. При реализации способа работы для повышения быстродействия эндоскопической видеосистемы сохранение данных видеосигнала, скорректированных блоком обработки видеосигнала в отдельных первом и втором блоках памяти при задании с клавиатуры или компьютера частоты дискретизации цифрового видеосигнала на видеокадры, при этом контроль процесса передачи данных осуществляется блоком управления модуля эндоскопической видеосистемы, а авторизация доступа внешних устройств к блокам памяти - блоком шифрования данных в соответствии с указаниями с блока управления модулем эндоскопической видеосистемы. Применение данной группы изобретений позволит повысить надежность и защищенность при хранении данных, обработанных эндоскопическим модулем, повысить быстродействие системы при обработке видеоданных и при параллельном выводе данных в формате видеосигнала и 3D-модели на различные устройства. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Эндоскопическая видеосистема, имеющая эндоскопическое видеоустройство с видеокамерой и светодиодной подсветкой, монитор; модуль управления эндоскопической видеосистемой, содержащий интерфейс видеокамеры с блоком энергонезависимой памяти, соединенный с сориентированной в пространстве и подсвечиваемой управляемыми светодиодами видеокамерой эндоскопического видеоустройства; блок управления модулем управления эндоскопической видеосистемы, соединенный с блоком видеокамеры, с интерфейсом для подключения к монитору; блок обработки видеосигнала в набор данных, соединенный с блоком управления модулем управления эндоскопической видеосистемы; отличающаяся тем, что модуль управления эндоскопической видеосистемы дополнительно имеет первый блок энергонезависимой памяти и второй блок энергонезависимой памяти, соединенные с блоком обработки видеосигнала; блок шифрования данных, соединенный шиной с первым и вторым блоками энергонезависимой памяти и интерфейсом передачи данных в зашифрованном виде внешним устройствам отображения изображения полученного с видеокамеры эндоскопического видеоустройства.

2. Эндоскопическая видеосистема по п. 1, отличающаяся тем, что блок шифрования данных выходных сигналов оснащен проводным интерфейсом передачи данных.

3. Эндоскопическая видеосистема по п. 1, отличающаяся тем, что блок шифрования данных выходных сигналов оснащен беспроводным интерфейсом передачи данных.

4. Эндоскопическая видеосистема по п. 1, отличающаяся тем, что блок шифрования данных выходных сигналов оснащен проводным и беспроводным интерфейсами передачи данных.

5. Эндоскопическая видеосистема по п. 1, отличающаяся тем, что она имеет подключенный к модулю управления эндоскопической видеосистемы компьютер с базой данных.

6. Эндоскопическая видеосистема по п. 5, отличающаяся тем, что компьютер с базой данных подключен к медицинской сети.

7. Способ работы эндоскопической видеосистемы по любому из пп. 1-6, включающий переключение светодиодной подсветки между широкополосным видимым светом и узкополосным светом для автофлуоресценции объекта, захватываемого видеокамерой видеоустройства, формирующего видеосигнал, передаваемый через интерфейс на интерфейс видеокамеры с блоком энергонезависимой памяти; выполнение блоком обработки видеосигнала декомпозиции с коррекцией видеосигнала в полосах длин волн, соответствующих красному, зеленому и синему диапазонам; сохранение данных изображения в блоке энергонезависимой памяти интерфейса видеокамеры; определение блоком обработки данных положения объектива видеокамеры для каждого видеокадра; определение пути видеокамеры в зависимости от положений видеокамеры; определение последовательности положений видеокамеры, разнесенных вдоль пути видеокамеры, так что видеокадры, захваченные в положениях видеокамеры, имеют, по меньшей мере, целевой уровень перекрывающегося содержимого видеокадра; выбор последовательности целевых видеокадров из временной последовательности видеокадров на основе положений видеокамеры; анализ целевых видеокадров с использованием процесса трехмерной реконструкции для определения трехмерной модели видеокадра; отличающийся тем, что сохранение данных видеосигнала, скорректированных блоком обработки видеосигнала в полосах длин волн, соответствующих красному, зеленому и синему диапазонам, осуществляется в отдельном первом блоке энергонезависимой памяти, а сохранение данных видеосигнала при трансформации видеокадра в трехмерную модель осуществляется в отдельном втором блоке энергонезависимой памяти при задании с клавиатуры или компьютера частоты дискретизации цифрового видеосигнала на видеокадры, при этом контроль процесса передачи данных, размещенных блоком обработки видеосигнала в блоках энергонезависимой памяти, осуществляется блоком управления модуля управления эндоскопической видеосистемы, а авторизация доступа внешних устройств к первому и второму блокам энергонезависимой памяти осуществляется блоком шифрования данных по беспроводному или проводному каналу связи в соответствии с указаниями с блока управления модулем управления эндоскопической видеосистемы.

8. Способ работы по п. 7 эндоскопической видеосистемы, описанной в пп. 1-6, отличающийся тем, что система осуществляет передачу данных в медицинскую сеть через программное обеспечение с необходимостью авторизации пользователя.