СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ ГЛАЗА

СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ ГЛАЗА


RU (11) 2159572 (13) C2

(51) 7 A61B3/14 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 2000.11.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 97110126/14 
(22) Дата подачи заявки: 1995.11.14 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 1995.11.14 
(31) Номер конвенционной заявки: 08/340,976 
(32) Дата подачи конвенционной заявки: 1994.11.17 
(33) Страна приоритета: US 
(45) Опубликовано: 2000.11.27 
(56) Аналоги изобретения: 1. US 5125730 A, 30.06.1992. 2. US 3944341 A, 16.03.1976. 3. US 1816420 A1, 23.05.1993. 
(71) Имя заявителя: РИСЕРЧ ДИВЕЛОПМЕНТ ФАУНДЕЙШН (US) 
(72) Имя изобретателя: Бернард К. ЖИРТ (CA); Алан Линн МЕРФРИ (US); Стивен Юджин ЛАСТИ (US); Джеймс Э. БЕРРИС (US) 
(73) Имя патентообладателя: РИСЕРЧ ДИВЕЛОПМЕНТ ФАУНДЕЙШН (US) 
(85) Дата соответствия ст.22/39 PCT: 1997.06.17 
(86) Номер и дата международной или региональной заявки: US 95/14753 (14.11.1995) 
(87) Номер и дата международной или региональной публикации: WO 96/15712 (30.05.1996) 
(98) Адрес для переписки: 129010, Москва, ул. Большая Спасская 25, стр.3, ООО "Городисский и Партнеры", Емельянову Е.И. 

(54) СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ ГЛАЗА 
Изобретение относится к медицине, а точнее к офтальмологии, и может быть использовано при необходимости сверхширокоугольного наблюдения глазного дна с возможностью формирования его цветного изображения, а также флуоресцентной ангиографии и формирования стереоизображений. Система формирования изображения глаза имеет переносной портативный блок захвата изображения. Блок связан кабелем с корпусом. Переносной блок включает световую волоконную оптику для передачи света к глазу, оптическую систему формирования изображения с фокусирующей оптикой и формирователь изображения с зарядовой связью, а также устройство предотвращения цветового искажения. Корпус содержит источник электроэнергии, источник света и монитор для наблюдения изображения глаза. Устройство для предотвращения цветового искажения сводит отдельные цвета воедино и формирует цветные изображения. Изобретение позволяет формировать цифровые изображения, которые могут сохраняться в цифровом виде для последующего исследования и сравнения, а также могут наблюдаться и изучаться непосредственно на экране монитора, что особенно важно при постановке диагноза или перед лечением и после него. 7 з.п. ф-лы, 14 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Система формирования изображения глаза настоящего изобретения сконструирована для захвата структур изображения в заднем отсеке человеческого глаза, включая сетчатку и любых структур внутри тех же самых областей стекловидного тела. Ранее для фотографирования глаза применялись донные фотокамеры, использующие пленку шириной 35 мм. Однако такие камеры имеют различные ограничения, являются сложными для применения с технической точки зрения и ограничены в использовании. Настоящее устройство формирования изображения обеспечивает сверхширокоугольное наблюдение дна окуляра со способностью цветного формирования изображения дна, флуоресцентной ангиографии и формирования стереоизображения. Настоящее устройство формирования изображения может разрешать приблизительно 80 процентов сетчатки и захватывать изображение с согласуемым цифровым качеством. Четкое цифровое разрешение является важным для документации состояния пациента при постановке диагноза или перед лечением и после него, особенно для курса лечения, проводимого на протяжении расширенного промежутка времени. Настоящее устройство формирования изображения дает захваченные цифровые изображения, которые могут наблюдаться и изучаться непосредственно на экране монитора, могут сохраняться в цифровом виде для последующего исследования и сравнения и/или быть распечатаны с помощью принтера для получения документации в виде печатной копии, или посланы по телефонным линиям с помощью модема.
Настоящее изобретение направлено на создание системы формирования изображения глаза, имеющей корпус, включающий источник электроэнергии, источник света для освещения глаза и монитор наблюдения для просмотра изображения. Обеспечивается наличие портативного, переносного блока захвата изображения, имеющего световолоконную оптику для передачи света к глазу, формирующую изображение оптическую систему и фокусирующую оптику, включающую контактную роговичную линзу и формирователь изображения с зарядовой связью. Световолоконная оптика включает концентрический световой коридор, окружающий контактную роговичную линзу для освещения глаза через роговицу. Связывающий корпус и блок захвата изображения кабель включает линию управления для обмена информацией между корпусом и блоком захвата и электрический кабель для подвода энергии и подающий световолоконный оптический кабель для подачи света от светового источника к световолоконной оптике в блоке захвата.
Еще одним предметом настоящего изобретения является то, что концентрический световой коридор сходится к оси контактной роговичной линзы. В одном варианте реализации изобретения концентрический световой коридор включает два концентрических световых канала.
Еще одним предметом настоящего изобретения является то, что концентрический световой коридор формируется путем развертывания веером волокон от световолоконной оптики, и концы волокон формируют непрерывный на 360o источник света.
Еще одним предметом настоящего изобретения является то, что формирователь изображения с зарядовой связью является хроматическим формирователем изображения, и формирующая изображение оптическая система и фокусирующая оптика включают линзовые устройства, предотвращающие цветовое искажение.
Еще одним предметом настоящего изобретения является то, что линзовые устройства, предотвращающие искажение, включают два ряда линзовых триплетов, в которых триплет доставляет отдельные цвета и смешивает их в одной фокальной точке.
Еще одним предметом настоящего изобретения является то, что оптика включает съемную контактную роговичную линзу, конденсорную линзу и основную линзу и еще включает линзу типа "Goldman" для прикрепления к портативному устройству захвата изображения.
Еще одним предметом настоящего изобретения является то, что оптика снабжается перестраиваемой линзой для обеспечения наблюдения внутренней части глаза под углом от 15o до 150o.
Еще одним предметом настоящего изобретения является то, что световой источник в корпусе включает вольфрамовую лампу.
Дальнейшие и другие задачи, особенности и преимущества будут очевидны из следующего описания предпочтительных в настоящее время вариантов реализации изобретения, приводимого для раскрытия и связанного с прилагаемыми чертежами.
Краткое описание чертежей

Фигура 1 изображает вид спереди настоящего изобретения.
Фигура 2 изображает вид сверху устройства фигуры 1.
Фигура 3 изображает поперечное сечение, взятое вдоль линии 3-3 фигуры 2.
Фигура 4 изображает принципиальную схему цепи управления устройства фигуры 1.
Фигура 5 изображает увеличенную вертикальную проекцию в поперечном сечении портативного переносного блока захвата изображения настоящего изобретения.
Фигура 6 изображает вертикальную проекцию устройства доставки света фигуры 6, иллюстрирующую развертывание веером оптических волокон в концентрический световой коридор из волоконной оболочки.
Фигура 7 изображает вид сверху системы доставки света фигуры 6.
Фигура 8 изображает увеличенную вертикальную проекцию в поперечном сечении концов развернутых веером оптических волокон вокруг контактной роговичной линзы.
Фигура 9 изображает поперечное сечение, взятое вдоль линии 9-9 фигуры 8.
Фигура 10 изображает увеличенную вертикальную проекцию в поперечном сечении, иллюстрирующую другой вариант реализации изобретения, обеспечивающих наличие двойного концентрического светового коридора вокруг контактной роговичной линзы.
Фигура 11 изображает вид, взятый вдоль линии 11-11 фигуры 10.
Фигура 12 изображает оптическую схему расположения различных линз в портативном блоке захвата настоящего изобретения.
Фигура 13 изображает вертикальную проекцию в поперечном сечении, иллюстрирующую снятие передней части объектива блока захвата вместе с системой линз и замену линзой типа "Goldman".
Фигура 14 изображает поперечное сечение кабеля, связывающего корпус и переносной блок настоящего изобретения.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее на чертежах, в частности на фиг. 1, 2 и 3, номер 10 показывает, в общем, систему формирования изображения глаза настоящего изобретения и включает, в общем, портативный переносной блок захвата изображения 12, подходящий корпус с пультом управления 14 и связывающим кабелем 16.
Корпус 14, в общем, включает источник электроэнергии 18, источник света 20, выдвижной световой фильтр 22, клавиатуру 24, монитор наблюдения 26, выходное записывающее устройство, такое как принтер 28, еще видеоустройство записи, такое как цифровой лазерный гибкий диск 32 и/или видеомагнитофон стандарта VHS 30; панель управления 19, устройство управления прибора с зарядовой связью 21 и устройство управления ножной педали 23.
Теперь рассмотрим фигуру 4, панель управления 19 включает источник света 20 и фильтр 22 с шиной для скользящего контакта, а кроме того, включает выключатель электропитания 25, регулятор интенсивности света 27, регулятор фокуса 29, регулятор захвата 31. Устройство управления ножной педали 23 включает регулятор интенсивности света 27а, регулятор фокуса 29а и регулятор захвата 31а, тем самым позволяя оператору управлять действием устройства 10, в то же время удерживая в руках блок захвата 12. Клавиатура 24 является органом управления интенсивности баланса белого для обеспечения реального цветового отображения с помощью прибора с зарядовой связью. Устройство управления 21 принимает цифровые изображения от блока захвата 12 и преобразует их на выходе в аналоговую форму для передачи на записывающее устройство 30, принтер 28, видеомагнитофон стандарта VHS и монитор 26.
Теперь обратимся к фигуре 5, где показано, что портативный блок захвата изображения 12 связан с кабелем 16, который включает, как видно наилучшим образом на фигуре 14, кварцевый волоконный оптический кабель 40, силовой кабель 54 и кабель дистанционного управления 56. Портативный блок захвата изображения 12 также включает оптическую систему формирования изображения и фокусирующую оптику 36. (фигуры 5 и 12) и цифровое устройство формирования изображения 38, которое представляет собой формирователь изображения с зарядовой связью, такой как 0,5 прибор с зарядовой связью (CCD), который электронным образом захватывает изображение для передачи на CCD контроллер 21. Оптическая система формирования изображения и фокусирующая оптика включает, как видно наилучшим образом на фигурах 5 и 12, основную контактную роговичную линзу 42, которая является сдвоенной, основную линзу 44, конденсорную линзу 46, уменьшающую линзу 48, известные в совокупности как основная линзовая система, ирисовую диафрагму 50 и вставляемую линзу 52 (фигура 5). Основная линзовая система связана разъемным соединением с блоком 12 с помощью набора винтов (не показаны) и может быть снята, как будет подробнее обсуждаться ниже. Ирисовая диафрагма 50 может быть установлена при подходящей F/Stop настройке для регулировки глубины поля для оптимальной визуализации и формирования изображения деталей, представляющих интерес. Вставляемая линза 52 эффективно управляет полем изображения, которое формируется на CCD 38, и может быть изменена для получения измененного изображения заднего отсека человеческого глаза, изменяющегося от обзора под углом 15o до обзора под углом в 150o. Двигатель фокусировки 41 приводит в действие фокусировку оптики 36.
Предпочтительно CCD 38 является хроматическим устройством формирования изображения для получения цветных изображений заднего отсека человеческого глаза, что обеспечивает реальное цветовое отображение заднего отсека и любого патологического случая, и при использовании различных длин волн света дает изображение различных слоев заднего отсека. Кроме того, формирование цветного изображения позволяет устройству 10 обеспечивать формирование стереоизображения и облегчает определение того, является ли патология активной или подвергнута кальцинозу. Однако при получении цветных изображений с помощью CCD 38 в оптическую систему формирования изображения и фокусирующую оптику 36 должна быть добавлена линзовая система для предотвращения цветного искажения. То есть красный, зеленый и синий цвета будут нормально разделяться и будут создавать неясное изображение, если цветное искажение нескорректировано. Таким образом, оптическая система формирования изображения и фокусирующая оптика обеспечиваются первым линзовым триплетом 60 (фигуры 5 и 12), который приводит разделенные цвета в одну общую фокальную точку, и второй ряд триплетных линз 62 обеспечивает размещение фокальной точки на фокальной плоскости CCD 38. Таким образом, каждый из триплетов 60 и 62 включает три линзы для воздействия на различные длины волн красного, зеленого и синего цветов, предотвращая тем самым любые цветовые искажения и сохраняя реальное цветовое отображение.
Однако, если требуется, хроматический CCD 38 может также использоваться для формирования монохромного изображения.
Для того чтобы получить реальное отображение заднего отсека глаза и любых патологий и, в частности, получить реальный цвет, важно иметь постоянную температуру света и постоянное световое распределение. Рассмотрим теперь фигуры 5-9, концентрический световой коридор сконструирован так, что он окружают контактную роговичную линзу 42 для освещения глаза через роговицу. То есть обеспечивается непрерывный световой источник на 360o, который дает одинаковое распределение света по отношению к заднему отсеку глаза и также имеет преимущество в требовании более низкой интенсивности света. Кварцевый волоконный оптический кабель 40 связан с пучком 70 волоконных оптических световодов оболочки, в которой отдельные волокна 72 развертываются веером во внешнюю сторону и их концы 74 располагаются так, чтобы сформировать непрерывный на 360o источник света вокруг контактной роговичной линзы 42, в которой концы 74 обеспечивают концентрический световой коридор, окружающий контактную роговичную линзу 42 для того, чтобы свет источника направлялся через роговицу.
В одном варианте реализации изобретения, как видно наилучшим образом на фигурах 8 и 9, наружные концы 76 развернутых веером волоконных световодов 72 сходятся к оси контактной роговичной линзы 42 для получения большого поля изображения. Только для примера, внутренний диаметр (10) концентрического светового канала, формируемого за счет концов 76, может составлять 7,5 мм и иметь толщину 0,016 мм, и приближается под углом 10o относительно оси линзы 42, и включает приблизительно 2000 волокон. Однако могут быть обеспечены различные другие углы падения по отношению к роговице для компенсации при различных формах роговицы. Однако концентрический световой коридор обеспечивает отражение падающего света от роговицы, и свет распределяется при низкой интенсивности и постоянном распределении рассеяния.
Рассмотрим теперь фигуры 10 и 11, в еще одном варианте реализации изобретения концентрический световой коридор включает два концентрических световых канала, которые, подобно его частям, показанным на фигурах 8 и 9, имеют аналогичную нумерацию с исполнением суффикса "а". Однако в дополнение к концентрическому коридору, сформированному концами 76а, второй концентрический коридор формируется концами 78 развернутых веером волокон 72а, что в дальнейшем увеличивает распределение света по отношению к заднему отсеку. В этом варианте реализации изобретения концы 78 второго концентрического коридора сходятся к оси роговичной контактной линзы под углом, отличным от угла, под которым сходятся концы 76а и, только для примера, могут сходиться под углом 30o. Другим преимуществом множественных концентрических структур, подобных коридорам, является способность дать возможность устройству 10 аккомодировать патологические формы роговицы, возникающие, например, вследствие разницы между пациентами детского и пожилого возраста.
Рассмотрим теперь фигуру 13, портативный блок захвата 12 показан со снятой основной линзовой системой, к нему прикреплена линза 80 типа "Goldman", которая содержит свое собственное зеркало, которое позволяет формировать изображение под малым углом во внутреннем отсеке, например, для определения опухоли. Или, если требуется, основная линзовая система может быть устранена, и портативный переносной блок захвата 12 может использоваться для формирования внешнего изображения глаза. Кроме того, если требуется, может быть сконструирован вход волоконного оптического кабеля (не показан) для связи с кабелем 40 для обеспечения освещения трансклеры по отношению к внешней части глаза, что обеспечивает непрямое освещение. Это является удобным в зрелом возрасте, когда глаз имеет катаракту или плохо раскрывается.
Избыточный свет может наносить вред глазу (световая токсичность). Однако CCD 38 имеет преимущества по сравнению с традиционными 35 мм камерами, так как он требует меньше света и, следовательно, меньше освещения внутренней части глаза. Кроме того, использование источников света в виде концентрических световых каналов фигур 5-9 обеспечивает более низкую интенсивность световой точки, так как свет распределяется при меньшей интенсивности и рассеивается. Кроме того, источник света 20 преимущественно является вольфрамовой лампой, которая обеспечивает непрерывный мягкий свет по сравнению с лампами накаливания, или вспышкой, или строб-импульсом.
Выдвижной световой фильтр 22 может передвигаться на месте над лампой и фильтровать свет, который посылается через связывающий кабель 16 и волоконный оптический кабель 40. Могут быть использованы различные типы фильтров, такие как желтый Т, оранжевый, красный, флуоресцентный или зеленый. За счет использования фильтров оператор может выбирать спектральный состав освещения или для черно-белого, или для цветного формирования изображения, свободного наблюдения красного и формирования изображения дна или стимуляции глубокого синего флуоресцеина для формирования изображения и ангиографии.
В корпусе 14 выходной сигнал изображения от блока захвата 12 передается через связывающий кабель 16 и цифровым образом отображается на мониторе 26, тем самым позволяя оператору убедиться, что получается наилучший вид. По команде оператора цифровой сигнал может быть скопирован на долговременное цифровое запоминающее устройство на гибкой дискете компьютера 32 для последующей ссылки и/или компьютерной манипуляции или может быть распечатан на цветном цифровом принтере 28 для получения документации файла в виде печатной копии.
Окончательно, при правильном перемещении вручную и многочисленном захвате изображения формирователь изображения 10 может давать сохраненное изображение для формирования стереоизображения структур глаза, представляющих клинический интерес.
Настоящее изобретение 10 является особенно выгодным, поскольку переносной портативный блок захвата является особенно полезным для прикованных к постели пациентов или детей в инкубаторах. Кроме того, выход CCD 38 непосредственно виден на мониторе 26 и, следовательно, хорошие изображения могут быть сохранены без проб и ошибок. Кроме того, цифровая информация на выходе может быть записана, распечатана, ее тут же можно сравнить, переработать и сократить запись, если требуется.
Настоящая система формирования изображения глаза может записывать изображения сетчатки либо в цветном виде, либо в монохромном виде при использовании наблюдения под углом от 15o до 150o, и портативная переносная система дает возможность получать сверхширокоугольную документацию по сетчатке вплоть до 150o. Настоящее изобретение может записывать изображения во времени и в пространстве, сохраняя форму, в то же время позволяя осуществлять передачу по телефону полноцветных изображений через модем в любое место мира в течение нескольких секунд. Настоящая система с низким содержанием белого света не требует вспышки для регистрации изображения. Это является большим преимуществом, особенно это касается пациентов с фотофобией или со страхом фитотоксичности. Окончательно, это изобретение имеет возможность записывать на непрерывную ленту стандарта VHS любое изображение, которое захватывается с помощью блока захвата, является ли оно цветным, монохромным или флуоресцентной ангиографией. Это значительно увеличивает обучающие возможности как для медиков, так и для пациентов.
В то время, как любые подходящие компоненты могут быть использованы в устройстве 10 для целей открытия, монитор наблюдения 26 может быть модели ST-1382-VY, продаваемой фирмой Panasonic. Выходное записывающее устройство 28 может быть модели UP5200MD, продаваемой фирмой Sony. Видеомагнитофон 30 может быть модели AG-2520SQPB, продаваемой фирмой Panasonic. Устройство записи для гибких дисков 32 может быть модели AG810, продаваемой фирмой Panasonic. CCD 38 может быть модели LX-450A, продаваемой фирмой Optronics.
Поэтому настоящее изобретение хорошо приспособлено для выполнения намеченных задач и достижения целей и преимуществ, упомянутых здесь, а также и других, ему присущих. Были даны предпочтительные варианты реализации изобретения с целью раскрытия, многочисленные изменения в деталях конструкции и размещении частей могут быть осуществлены без отступления от сути изобретения и объема прилагаемой формулы изобретения. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Система формирования изображения глаза, содержащая пульт управления, имеющий источник электроэнергии, источник света, предназначенный для подачи света к глазу, и монитор для наблюдения захваченного изображения, переносной портативный блок захвата изображения, имеющий световой коридор для передачи света от источника света к глазу, оптическую систему формирования изображения и фокусирующую оптику, включающую в себя контактную роговичную линзу, устройство предотвращения цветового искажения, ирисовую диафрагму и хроматический формирователь изображения с зарядовой связью для получения света от глаза через оптическую систему формирования изображения и фокусирующую оптику, причем указанный световой коридор присоединен с концентрическому световому каналу, окружающему контактную роговичную линзу для освещения глаза через роговицу, и кабель, связывающий пульт управления и блок захвата изображения, имеющий линию управления для обмена информацией между пультом управления и блоком захвата, и электрический кабель для снабжения энергией.
2. Система по п.1, в которой концентрический световой канал сходится по направлению к оси контактной роговичной линзы.
3. Система по п.1, в которой концентрический световой канал включает в себя два концентрических световых канала, т.е. первый и второй световые каналы, причем второй концентрический световой канал является концентрическим с первым световым каналом.
4. Система по п.1, в которой концентрический световой канал сформирован путем развертывания веером волоконных световодов от источника света, а концы волокон формируют непрерывный на 360o источник света.
5. Система по п.1, в которой линзовое устройство предотвращения искажения включает два ряда триплетных линз, и указанные два ряда триплетных линз получают отдельные цвета и соединяют указанные цвета в одной фокальной точке.
6. Система по п.1, в которой система формирования изображения и фокусирующая оптика включает съемную контактную роговичную линзу, конденсорную линзу и основную линзу и, кроме того, включает линзу типа "Goldman" для прикрепления к портативному блоку захвата изображения.
7. Система по п.1, включающая перестраиваемую линзу в системе формирования изображения и фокусирующей оптике для обеспечения изображения внутренней части глаза под углом 15 - 150o.
8. Система по п.1, в которой источник света в пульте управления содержит вольфрамовую лампу.