Адаптивное устройство для исследования упругости биологической ткани при эндоскопическом обследовании
Владельцы патента RU 2515481:
Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "СПЛАВ" (RU)
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова" (RU)
Изобретение относится к медицине и медицинской технике, в частности к эндоскопическим устройствам для исследования упругости биологических тканей. Устройство содержит эндоскоп с датчиками упругости ткани, являющимися датчиками давления, и компьютер для регистрации давления в камере и упругости исследуемой ткани. Датчики упругости выполнены в виде герметичных камер, заполненных воспринимающей давление средой, установленными на торце эндоскопа. Датчики упругости ткани снабжены тензорезистивными элементами, размещенными на кристаллической подложке, имеющей клеевое соединение с матрицей из полимерного материала, в которой выполнены отверстия, расположенные по координатам тензорезистивных элементов на кристаллической подложке. С матрицей путем прижима соединена эластичная мембрана, в которой выполнены полости, расположенные соосно и сообщенные с отверстиями в матрице. Использование изобретения повысит эффективность исследования упругости биологической ткани посредством адаптации к исследуемым материалам через управление чувствительностью устройства, коррекцию разброса измеряемых величин в процессе подготовки и проведения исследования и регулирование контрастности выделенных объектов исследуемой биологической ткани. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к медицине и медицинской технике, в частности к практике и технике эндоскопии полых органов - желудка, 12-перстной кишки и др., а также других полостей организма (плевральная, брюшная полости, пространство малого таза и пр.).
Известен способ повышения точности обнаружения злокачественных новообразований и определения границ их локализации, при котором проводят осмотр пациента с помощью эндоскопа с подключенными к нему спектральным прибором и видеокамерой, измеряют интенсивности, спектры отражения и флуоресценции нормальных и подозреваемых участков на персональном компьютере и при обнаружении разницы в спектрах и при превышении интенсивности отраженного света от подозреваемого участка ткани по сравнению с нормальным более чем на 25% делают заключение о наличии злокачественного новообразования (RU 2152162, 10.07.2000).
Известны гибкие многофункциональные эндоскопы, содержащие оптическую систему из светопроводящих волокон, заключенных в гибкий каркас с возможностью управления рабочей частью, вводимой в обследуемую полость, а также с наличием рабочего канала, предназначенного для подведения и эвакуации жидкости, клея, лазерного светодиода, манипуляторов, в частности для забора биопсийного материала и с возможностью освещения (Дуоденофиброскоп, TJF-300 наружный d=13,0 мм, канал d=4,2 мм фирмы «Олимпус», Япония, каталог фирмы 2004 г.).
Эти устройства не позволяют проводить исследование подлежащей ткани, находящейся в зоне осмотра, на предмет ее однородности и плотности, так как использует изменение оптических, а не механических свойств тканей.
Известен контактный датчик давления для исследования полостей, имеющий заполненную газовой средой камеру, предназначенный для определения плотности слизистой оболочки носовых раковин (RU 2240028, 20.11.2004). Датчик подключен к средствам фиксации и обработки данных.
Технические возможности этого устройства не позволяют проводить обследование в глубоких полостях тела.
Известна эндоскопическая система замера биофизических параметров ткани, в которой предусмотрен замер плотности ткани во время внутриполостного медицинского обследования (US 6711429, 23.03.2004), в котором осуществляется замер плотности подлежащей ткани сенсором на торце эндоскопа.
Однако система не позволяет формировать у исследователя эффект, сходный с непосредственным осязанием осматриваемого объекта.
Известно устройство для определения вязкоупругих свойств мягких тканей, содержащее цилиндрический корпус, внутри которого установлен вибратор с датчиком силы, соединенные соответственно с генератором сигналов и с элементами обработки и регистрации сигнала силы и смонтированные через опорную площадку с контактным штампом, контактный штамп прикреплен посредством резьбы к опорной площадке и выполнен плоским в торце и с возможностью выступа с торцевой части корпуса (RU 2082312, 28.07.1993).
Недостатком устройства является невозможность сравнения соседних участков исследуемого образца.
Известно устройство для исследования ткани молочной железы (US 6091981, 18.07.2000), которое содержит множество датчиков, размещенных на поверхности, контактирующей с исследуемой тканью, каждый из которых измеряет локальное давление, действующее на него со стороны ткани в ответ на силу, с которой врач прижимает устройство к исследуемой ткани. В зависимости от структуры подлежащей ткани изменяется распределение давлений между датчиками, что позволяет после соответствующей обработки сигналов выделить зоны с измененными физическими свойствами.
Недостатком устройства является отсутствие измерения перемещения контактной поверхности в направлении ткани и суммарной силы воздействия на ткань, что не позволяет оценить усредненные упругопластические свойства биологической ткани. Другим недостатком является выполнение контактной поверхности из слабодеформируемого материала, что при исследовании образцов тканей с выраженными локальными изменениями, такими как пузырьки в легких при пневмонии или наличие участков обызвествления, может приводить к быстрым необратимым изменениям в структуре ткани и искажению объективной информации.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство для исследования плотности ткани при эндоскопическом исследовании (RU 2286080, 27.10.2006), содержащее эндоскоп с датчиками плотности ткани, являющимися датчиками давления, выполненными в виде упругих камер, заполненных воспринимающей давление средой, например, физиологическим раствором, установленными на торце эндоскопа и закрытыми гибкой защитной оболочкой и компьютер, выполненный с возможностью регистрации давления плотности подлежащего участка ткани.
Недостатком устройства является невысокая эффективность исследования из-за отсутствия управления чувствительностью устройства, коррекцией разброса измеряемых величин в процессе подготовки и проведения исследования и контрастностью при выделении объектов исследуемой биологической ткани.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении эффективности исследования плотности биологической ткани посредством адаптации к исследуемым материалам через управление чувствительностью устройства, коррекцию разброса измеряемых величин в процессе подготовки и проведения исследования и контрастностью выделенных объектов исследуемой биологической ткани.
Технический результат достигается тем, что в адаптивное устройство для исследования упругости биологической ткани при эндоскопическом обследовании, содержащее эндоскоп с датчиками упругости ткани, являющимися датчиками давления, выполненными в виде герметичных камер, заполненных воспринимающей давление средой, например, физиологическим раствором, установленными на торце эндоскопа, и компьютер, выполненный с возможностью регистрации давления в камере и упругости исследуемой ткани, датчики упругости ткани снабжены тензорезистивными элементами, размещенными на кристаллической подложке, имеющей клеевое соединение с матрицей из полимерного материала, в которой выполнены отверстия, расположенные по координатам тензорезистивных элементов на кристаллической подложке, а с матрицей путем прижима соединена эластичная мембрана, в которой выполнены полости, расположенные соосно и сообщенные с отверстиями в матрице, при этом выходы тензорезистивных элементов через регулируемые и корректирующие усилители соединены с первыми и вторыми ключами, управляющие входы регулируемых усилителей соединены с задатчиком усиления, управляющие входы корректирующих усилителей через корректоры и блоки памяти соединены с соответствующими выходами блоков сравнения, первые входы которых через третьи ключи соединены с выходами соответствующих корректирующих усилителей, а вторые - с выходами предыдущих корректирующих усилителей, управляющий вход первого корректирующего усилителя через задатчик коррекции соединен с первым выходом блока коррекции, второй выход блока коррекции через генератор импульсов соединен с коммутатором, выходы которого соединены с соответствующими управляющими входами блоков памяти и третьих ключей, задатчик контрастности соединен с управляющими входами первых ключей непосредственно, а вторых - через инвертор, выходы вторых ключей соединены с первыми и вторыми входами перемножителей, выходы первых ключей и перемножителей соединены с компьютером. Дополнительно эластичная мембрана снабжена жестким, например, металлическим основанием, по периметру которого осуществлен прижим мембраны к матрице, воспринимающая поверхность эластичной мембраны образована выпуклостями, расположенными соосно с полостями эластичной мембраны, причем опорная площадь выпуклости выполнена меньшей площади поперечного сечения полости.
На фиг.1 показаны датчики упругости биологической ткани, на фиг.2 - блок-схема адаптивного устройства для исследования упругости биологической ткани при эндоскопическом обследовании.
На торце эндоскопа 1 размещены датчики упругости ткани, выполненные в виде заполненных воспринимающей давление жидкостью (например, физиологическим раствором) герметичных камер, образованных кристаллической подложкой 2 с размещенными на ней по координатной сетке тензорезистивными элементами 3 и с применением клеевого слоя 4 соединенной с матрицей 5 из полимерного материала, в которой выполнены отверстия по координатам расположения тензорезистивных элементов 3 на кристаллической подложке 2.
С матрицей 5 путем прижима соединена эластичная мембрана 6, в которой выполнены полости по количеству тензорезистивных элементов, расположенные соосно и сообщенные с отверстиями в матрице. Эластичная мембрана 6 снабжена жестким, например, металлическим основанием 7, по периметру которого осуществлен прижим мембраны 6 к матрице 5 с образованием герметичного соединения.
Воспринимающая поверхность эластичной мембраны 6 образована выпуклостями 8, которые расположены соосно с полостями эластичной мембраны, при этом опорная площадь выпуклости меньше площади поперечного сечения полости в мембране.
Выходы тензорезистивных элементов 3 через регулируемые 9 и корректирующие 10 усилители соединены с первыми 11 и вторыми 12 ключами.
Управляющие входы регулируемых усилителей 9 соединены с задатчиком усиления 13, управляющие входы корректирующих усилителей 10 через корректоры 14 и блоки памяти 15 соединены с соответствующими выходами блоков сравнения 16, первые входы которых через третьи 17 ключи соединены с выходами соответствующих корректирующих усилителей, а вторые - с выходами предыдущих корректирующих усилителей.
Управляющий вход первого 18 корректирующего усилителя через задатчик коррекции 19 соединен с первым выходом блока коррекции 20. Второй выход блока коррекции 20 через генератор импульсов 21 соединен с коммутатором 22, выходы которого соединены с соответствующими управляющими входами блоков памяти 15 и третьих 17 ключей.
Задатчик контрастности 23 соединен с управляющими входами первых ключей 11 непосредственно, а вторых 12 - через инвертор 24. Выходы вторых 12 ключей соединены с первыми и вторыми входами перемножителей 25, выходы первых ключей и перемножителей 25 соединены с компьютером 26.
Устройство работает следующим образом.
В процессе подготовки к исследованию упругости биологической ткани торец эндоскопа 1 прижимается выпуклостями 8 эластичной мембраны 6 (Фиг.1.) к ровной чистой твердой образцовой поверхности с усилием, соответствующим усилию, применяемому при непосредственном исследовании ткани. При этом тензорезистивные элементы 3 вырабатывают сигналы, которые поступают на регулируемые 9 усилители (Фиг.2).
Для выбора диапазона уровней сигналов производится регулирование коэффициентов усиления регулируемых 9 усилителей с помощью задатчика усиления 13. Сигналы с регулируемых 9 усилителей поступают на корректирующие 10 усилители. Для коррекции разбросов, присущих подобным датчикам, оператор запускает блок коррекции 20 и с помощью задатчика коррекции 19 устанавливает коэффициент усиления первого корректирующего усилителя 18. Затем блок коррекции 20 запускает генератор импульсов 21, который поочередно через коммутатор 22 открывает третьи 17 ключи соответствующих корректирующих 10 усилителей. В результате на блоках сравнения 16 вырабатываются сигналы, отражающие разброс параметров по упругости между выпуклостями 8 эндоскопа 1.
Сигналы, отражающие разброс параметров по упругости по сигналам от коммутатора 22 запоминается в соответствующих блоках памяти 15 и через корректоры 14 подаются на управляющие входы корректирующих усилителей 10, чем обеспечивается адаптация эластичной мембраны 6 эндоскопа 1 к ровной чистой твердой поверхности.
В процессе непосредственного исследования упругости биологической ткани эндоскоп 1 прижимается выпуклостями 8 эластичной мембраны 6 к исследуемой биологической ткани. При этом в случае наличия неоднородностей в исследуемой биологической ткани, выявление которых является важной медицинской задачей, тензорезистивные элементы 3 вырабатывают сигналы, отражающие эти неоднородности.
Для лучшего поиска неоднородностей возможно одновременное усиление или ослабление всех сигналов посредством регулируемых 9 усилителей и задатчика усиления 13. При этом сигналы через корректирующие 10 усилители и первые 11 ключи отображаются на компьютере 26. Оператор управляет задатчиком усиления 13 для адаптации к конкретным неоднородностям в исследуемой биологической ткани.
Для более четкого отображения возможных неоднородностей в исследуемой биологической ткани предусмотрен контрастный режим.
Для его реализации используется задатчик контрастности 23, переключающий прохождение сигналов с первых 11 ключей на вторые 12 ключи с помощью инвертора 24. При этом реализуется квадратичная функция путем перемножения сигналов на перемножителях 25. Этим достигается адаптация через повышение контрастности выделенных объектов исследуемой неоднородной биологической ткани.
При эндоскопическом обследовании оператор имеет возможность адаптации устройства к упругости конкретной исследуемой биологической ткани посредством автоматической подстройки сигналов с тензорезистивных элементов 3.
Для этого при нажатии эндоскопом на исследуемую биологическую ткань оператор фиксирует нажатие и запускает блок коррекции 20. Затем с помощью задатчика коррекции 19 устанавливает коэффициент усиления первого корректирующего усилителя 18 для приведения уровня его выходного сигнала к величине, наиболее полно отражающей состояние ткани в допустимых пределах. Затем блок коррекции 20 запускает генератор импульсов 21, который поочередно через коммутатор 22 открывает третьи 17 ключи соответствующих корректирующих 10 усилителей.
В результате на блоках сравнения 16 вырабатываются сигналы, которые по командам от коммутатора 22 запоминаются в соответствующих блоках памяти 15 и через корректоры 14 подаются на управляющие входы корректирующих усилителей 10. Этим обеспечивается адаптация устройства к упругости конкретной исследуемой биологической ткани при эндоскопическом обследовании.
Такое техническое решение позволяет повысить эффективность исследования упругости биологической ткани посредством адаптации к исследуемым материалам через управление чувствительностью устройства, коррекцию разброса измеряемых величин в процессе подготовки и проведения исследования и регулирование контрастности выделенных объектов исследуемой биологической ткани. Это облегчает проведение исследований и позволяет расширить информацию для последующего клинического использования. Предложенное устройство относительно просто и разработано с возможностью дальнейшего сочетания с различными эндоскопическими аппаратами.
1. Адаптивное устройство для исследования упругости биологической ткани при эндоскопическом обследовании, содержащее эндоскоп с датчиками упругости ткани, являющимися датчиками давления, выполненными в виде герметичных камер, заполненных воспринимающей давление средой, например, физиологическим раствором, установленными на торце эндоскопа, и компьютер, выполненный с возможностью регистрации давления в камере и упругости исследуемой ткани, отличающееся тем, что датчики упругости ткани снабжены тензорезистивными элементами, размещенными на кристаллической подложке, имеющей клеевое соединение с матрицей из полимерного материала, в которой выполнены отверстия, расположенные по координатам тензорезистивных элементов на кристаллической подложке, а с матрицей путем прижима соединена эластичная мембрана, в которой выполнены полости, расположенные соосно и сообщенные с отверстиями в матрице, при этом выходы тензорезистивных элементов через регулируемые и корректирующие усилители соединены с первыми и вторыми ключами, управляющие входы регулируемых усилителей соединены с задатчиком усиления, управляющие входы корректирующих усилителей через корректоры и блоки памяти соединены с соответствующими выходами блоков сравнения, первые входы которых через третьи ключи соединены с выходами соответствующих корректирующих усилителей, а вторые - с выходами предыдущих корректирующих усилителей, управляющий вход первого корректирующего усилителя через задатчик коррекции соединен с первым выходом блока коррекции, второй выход блока коррекции через генератор импульсов соединен с коммутатором, выходы которого соединены с соответствующими управляющими входами блоков памяти и третьих ключей, задатчик контрастности соединен с управляющими входами первых ключей непосредственно, а вторых - через инвертор, выходы вторых ключей соединены с первыми и вторыми входами перемножителей, выходы первых ключей и перемножителей соединены с компьютером.
2. Адаптивное устройство по п.1, отличающееся тем, что эластичная мембрана снабжена жестким, например, металлическим, основанием, по периметру которого осуществлен прижим мембраны к матрице.
3. Адаптивное устройство по п.1, отличающееся тем, что воспринимающая поверхность эластичной мембраны образована выпуклостями, расположенными соосно с полостями эластичной мембраны, причем опорная площадь выпуклости выполнена меньшей площади поперечного сечения полости.
