专利名称：人类和动物器官的诊断方法和实施装置的制作方法
人类和动物器官的诊断方法和实施装置本发明涉及一种非侵入性(非破坏性的，不需要手术干预)人体器官的监测和其实施装置。适用范围包括医药，诊断人体器官(耳，咽喉，妇科，皮肤)，也可以用于兽药中动物器官异常的评估。各种非侵入性(破坏性)的人体器官监测的方法是已知的，并得到广泛应用。例如，超声波或电视[2,13],等等。这些方法和设备的基本特征是依据一定的方法、算法或者理论模型对图像进行分析，然后确定器官的病理。例如，当检测到被检查器管及其它部分(点、实体)在表面[3， 9-12]的外观颜色和形状的变化得出病理存在的结论。这种方法和装置的缺点是适用范围窄(只能用于一个人体器官的诊断)，低速和高价格。此外，这些方法和设备不能在自动模式下操作，因为它们只能提供器官的相关信息给操作者(医生)，这些专业人士(专家)得出器官存在的病理结论。作为原型，我们考虑宫颈的医疗诊断方法，其中靶器官(子宫)在病理前和后被非相干光源照亮，产生一对相比较的图像[4]。一种实现该方法的装置，包括妇科和泌尿椅、控制单元，包含电视相机的机械臂，图像输入单元、光源、计算机和接口(用于软件使用)。图像通过相机获得并且数据被电脑存储，器官的形状和颜色变化得以分析和检测其病理。方法和设备的主要缺点包括有限功能(只提供妇科诊断)，速度和运作效率低 (不能迅速改变(修改)诊断装置)，低准确度(器官电视图像上存在光斑块(干扰)，大尺寸，过重和成本高。本发明的目标是提供改善了人体器官解剖和功能条件诊断的功能、效率、准确性和方便性的方法和装置。上述目标通过已知的方法和权利要求中所述的方法得以实现，目标表面的光学图像，随着时间相互分离，接收，图像编辑参数与校准参数相比较，除了已知方法外，所述装置还包括要检查的目标，妇科和泌尿系统椅子、侧杆、第一和第二安装台、机械臂、彩色电视相机、图像输入单元、计算机、光源、第一和第二控制单元、电源供应器、接口。本发明的与已知方法的区别在于在比较图像变化参数与参考参数以前，器官表面图像以可替换喷嘴部件接收，色彩选项和额外的几何信息周长、面积、半径、长度和宽度， 图像本身和不可分割的部分的拐点被识别，用于确定器官变化的几何参数和颜色参数场被建立、使用来自存储块的的要检查的器官的病理的附加数据参考信息与当前信息被比较。·此外，可更换喷嘴块包括提供读取自器官的表面，如耳，鼻，喉，皮肤及子宫颈的图像的组成部分。·另外，器官表面本身和其不可分割的部分的颜色参数和几何参数通过将图像放大200倍识别。 此外，光散射环由光学半透明材料制成·另外，光学滤波器是又集成的光纤板或者电缆制成的。·另外，可调距离夹具被制成为齿杆和固定杆
·另外，压缩和过滤单元包括手工调整光源亮度的传感器·另外，非相干光源用作光源·另外，光学滤波器，图像放大器和彩色电视相机通过一个双向的机械联动装置连接·另外，机械臂被安装在具有第二安装台和杆的放置人或动物的设备中·另外放置人或动物的设备，例如治疗台，妇科检查椅或泌尿椅子可以被使用与已知方法不同，但与其非常接近的，所提出的方法的特点是，在比较图像参数以前，来自于非相干光源接收的参考和当前彩色电视图像按照评估定义了表面的拓扑结构和颜色变化(图像)的参数所需要的分辨率被过滤、提高和确定，同时排除转角，大尺度和图像颜色不匹配，和与校准参数比较图像参数的改变后，器官病理被评估。与已知方法不同，但是非常接近，所提出的方法的特点是光光扩散环采用光散射半透明材料制成，光滤波器采用光纤板制成，放大单元设计为光学镜头单元，可替换喷嘴部件设计用于提供读取耳朵、喉咙、皮肤和子宫的图像。另外，在所提供的装置中，可调距离的夹具被制成为齿杆和固定杆。所述的发明符合发明单一性的要求，因为发明(设备)的目标之一是为了实现其它所声明的目标的功能-一种无损检测目标的机械状态方法，从而发明的两个目的都是为了解决同样的问题，得到同样的技术效果。所提供的方法和装置在附
图1-11说明.图I :装置框图，为本发明的人体和动物器官诊断实施装置的部件框图；图2 :可调距离夹具，显示了可调距离夹具的结构；图3:可替换喷嘴部件，其中图3a为研究子宫(应用领域-妇科)的可替换喷嘴部件，图3b为研究皮肤(应用领域-皮肤科)的装置的可替换喷嘴部件，图3c为研究口部咽喉(应用领域-喉镜)的装置的可替换喷嘴部件，图3d为研究外耳(应用领域-耳镜检查)的装置的可替换喷嘴部件；图4 :光扩散环；图5 :为压缩和过滤部件，图示了压缩和过滤电路图；图6 :人体器官病理图像，图6a为子宫出血，图6b为白色念珠菌；图7 :健康器官图像，图7a、图7b分别对应图6a、图6b在健康状态下(无子宫出血、无白色念珠菌)的图像；图8 :健康器官图像的颜色分布，图8a为红色色彩分布，图8b为绿色色彩分布，图 8c为蓝色色彩分布；图9 :非健康器官(子宫出血)图像色彩分布，图9a为红色色彩分布，图9b为绿色色彩分布，图9c为蓝色色彩分布；图10 :参考图像几何参数场，为健康器官(无病理)参考图像的几何参数场，其中数字57代表参考图想组成部分；图11 :当前图像几何参数场，为非健康器官(存在病理)的当前图像的几何参数场，其中57为当前图像组成部分，与图10的参考图像一致，58为当前图像组成部分，与参考图像不一致，为病理部位。在图I中，下述数字含义
I要检查的对象2光扩散环3 光源4光学滤波器5图像放大器6彩色电视相机7图像输入单元8压缩和过滤部件9第一控制单元10第二控制单元11电源供应器12 接口13存储块14计算机15妇科和泌尿椅16 侧杆17第一安装台18第二安装台19可调距离夹具20可替换喷嘴部件21第三控制单元22机械臂:图I的连接如下所示- (-----+)_光学连接-(- )_电学连接_(- )_机械联动该装置在两种模式下工作待机模式(参考准备)和控制。在待机状态下形成健康器官的颜色参考图像。为此，来自于计算机(14)的信号通过接口(12)和第二控制单元
(10)、光源(3)，通过光扩散环(2)照亮要检查器官的表面，是打开的。光源(3)由发光二极管组成，光扩散环(2)由光扩散材料组成，其中所需波长的光通过一个分散的光束形成。 在这个过程中，计算机(14)通过接口(12)，电源供应器(11)，压缩和过滤部件(8)和第二控制单元(10)控制光源(3)的发射功率。器官(研究对象)的被照亮表面是经由图像放大器通过光学滤波器(4)感知和传输,如镜头(5)到彩色电视相机(6)输入端。光滤波器
(4)是用来产生高品质(颜色，防眩光)的器官表面的图像。光缆或板作为光学滤波器。光纤元件提供每束光线，在板或电缆的末端以任意角度转向，从纤维壁的多次反射后形成了一个狭窄的圆锥，照到材料的表面上。有这种光水平的表面会显示亮光，表面倾斜区域以暗轮廓线的方式照亮为棱角。光纤板(电缆)照亮随着光线沿锐角迅速下降，图像变为负端。因为任何眩光光纤的因素转化为圆锥光线[5，6]，这种照亮不会有干扰(眩光)出现，即使器官表面存在粘液。与健康器官表面相对应的彩色图像以图像放大器(5)提高至由所需要的分辨率、 色彩、器官的形状变化决定的所需放大。随后，器官的颜色和形状变化被检查。放大的调整由可调距离夹具(19)控制。对于一个特定的人体器官(妇科，耳，咽喉，皮肤)诊断，可互换喷嘴(20)部件被使用。计算机14的第三控制单元(21)通过接口(12)控制距离可调夹具(19)和可替换喷嘴部件(20)。来自于图像放大器的放大图像投影到彩色电视相机(6)的图像接收器，通过图像输入单元(7)被转换为电信号并写入计算机(14)。彩色电视相机(6)使用了高分辨率相机。作为图像，视频卡，例如Aver Media Nano Express被使用。在计算机(14)存储记录图像以后，光扩散环(2)、光源(3)、光滤波器(4)、图像放大器(5)、彩色电视相机￠)、可调距离夹具(19)，可替换喷嘴部件(20)，通过表面第二部分的第一安装台(17)安装到机械臂
(22)上，被移走。机械臂(22)随第二安装台(18)连接到妇科和泌尿椅(15)的侧杆(16)。因此，表征了健康器官表面的图像被保存在计算机(14)存储中。计算机(14)控制记录图像到计算机存储和操作单元7，9，10，11，12，13，21的过程.被记录到计算机存储中的图像展示于计算机屏幕上。标准的准备模式结束，开始控制过程，这就是准备模式包括的内容。其余过程为控制模式所包括。在控制模式下，2-12，14-22部件作用与待机模式类似。在这种模式下，目前的图像对应器官的表面(病理存在)修改后的图像，图像早在待机状态下读取，也记录在计算机的存储(14)。比较参考图像和当前图像后，器官的变化程度被确定。预先记录在内存块(13) 的有关的器官可能病症的其他信息被使用。图2为可调距离夹具的图像，包括放在机架(24)上的停止块(23)，通过可调距离夹具(19)，可调换喷头组件可以被调整，被检查起器官与彩色电视相机(6)镜头的距离可以被设定在图3中显示了可替换喷嘴组件的不同变形。它们被设计用于所提出装置应用区域的快速变化(也可以用在妇科、皮肤科、耳鼻喉科)在图3中
25机架
26停止块
27松紧调节器
28支架
29紧固螺母
30盖子
31漏斗
图3A显示了用于研究子宫颈(应用领域-妇科)的所提出的设备的外观
图3B显示了用于研究皮肤(应用领域-皮肤科)的所提出的设备的外观，所提出
的设备包括一个停止块(26)，通过松紧调节器(27)连接到机架(25). 图3C显示了用于研究口部咽喉(应用领域-喉镜)的所提出的设备的外观.支架(28)，其上放置有紧固螺母(29)，在机架(25)上调节。通过紧固螺母(29)，用于口腔检查的喉头镜被固定在所提出的装置上。根据在机架(25)上的支架(28)，防止所提出的装置与人体相接触的盖子(30)可以被调整图3D显示了用于研究外耳的所提出的设备的外观。为了研究，诊断时插入耳中的漏斗(30)，在机架(25)上调节。
图4显示了光分散环(2)的图像。
在图4中下述组件为
32印刷电路卡
33锡轨
34接触垫
35贴片电阻
36发光二极管
37复合物
38焊接窗口
光分散环⑵提供了目标的等效无阴影照明。光分散环⑵的基底是印刷电路卡(32)，(内部和外部)涂有光扩散材料-复合物(37).安装在复合物层的部件设有焊接窗口(38)，贴片电阻(35)和发光二极管(36)被安装。
电路板上的发光二极管(36)被安排为三组,每组发光二极管(36)对应一个单独的贴片电阻(35)。因此在两个贴片电阻(35)之间，相应的有一组发光二极管(36)，两个焊接窗口(38)保持空闲。接触垫(34)位于焊接贴片电阻(35)和发光二极管(36)到印刷电路卡(32)的地方
图5显示了压缩和过滤部件的图像，设计用于减少输入电压和过滤可能的干扰。
在图5中下述组成部件
39针脚(电源供应)
40针脚(输出V+)
41针脚(一般GND)
42针脚(传感器输入)
43针脚(输出V-)
44线性电压调节器
45电容
46单片机
47电阻
48晶体管开关
49电容C2
50电容C3
51电容C4
52电阻
53稳压二极管
54稳压二极管
55稳压二极管
56稳压二极管
恒压用于稳压二极管(53)和(54)对线性电压调节器(44)的输入在线性电压调节器(44)上+5V电压，用作单片机(46)的电源。稳压二极管53-56用于防止出现电压极性反转。通过线性电压调节器(44)、电容(C2) (49)和(C3) (50)，电压过滤被应用，在单片机(46)电压输出是逻辑O的时候，晶体管开关(48)关闭，断电终止。当电源电压达到4.3 伏时，单片机(46)的电压水平内部探测器使硬件复位，单片机(46)程序运行。单片机(46)的时钟以内建的时钟发生器9. 6MHZ频率实现。由于单片机(46)的程序输出PB3，32毫秒的方波信号被产生。单片机(46)PB0脉冲序列输出0%的占空因数， 例如恒定电压电平逻辑0，维持晶体管开关(48)在锁定状态。在单片机(46)程序的开始执行有O. 33秒的延迟使设备的电压和电流进入负载模式。随后大约在O. 67秒内传感器自动校准运行以确定其正常参数。单片机(46)的PB4输出连接到单片机内置比较器的负端。 单片机(46)的比较器正输出连接到内部电压源节点，参考电压等效于I. IV。单片机(46)校准时测量来自于高逻辑电平信号发生器在PB3输出的时刻到内部比较器的时间延迟。由此产生的延迟视为正常。在接触传感器区域的过程中提高了 PB4输入的等效电容，提高了电阻(47)和电容(45)形成的电路时间常数。因此，在内置比较器的输入中信号前沿被延迟，并且与正常相比(校准期间确定)在单片机(46)的PBO输出产生的逻辑高电平信号和内置比较器的响应之间的延迟提高，由于单片机(46)作为接触传感器,这是可知的。单片机(46)在PBO输出37500hz的矩形脉冲序列。单片机PBO输出的高电平信号通过负载电流流动开启晶体管开关(48)。依据耗费在单片机(46)在逻辑I (例如到晶体管开关门的负载循环信号)上的PBO输出的时间，单位时间内通过负载的平均电流有所不同。通过LED灯亮度线性变化的算法确定传感器单片机(46)改变PBO的负载循环信号从 0%到10%。释放传感器和重新接触导致亮度调整改变(通过第二控制单元10操作)。图6显示了人体器官病理图像。这些图像来自于所提供的装置。其显示了在病理条件下被检查器管的图像。图7显示了健康器官的图像，这些图像来自于测试所提供的装置。其显示了被检查器管在病理改变的情况下的图像。图8显示了健康器官(妇科-子宫颈)的彩色电视图像颜色分布直方图。依靠所述装置获得这些图像。在图像上显示了颜色分布密度(a红色b绿色c蓝色)。在分析被检查器管的诊断的基础上，色彩范围在色调上分离。图9显示了器官的病理(妇科-子宫出血)的彩色电视图像颜色分布直方图。依靠所述装置获得这些图像。在图像上显示了颜色分布密度(a红色b绿色c蓝色)。在分析被检查器管的诊断的基础上，色彩范围在色调上分离。在所提供的装置中，下述标准组件被使用彩色电视相机(型号KRC-HD230C :信号格式PAL/NTSC ;分辨率520线)；宽图谱冷光源，LED型号T0-3228VS ；光扩散环，采用光扩散散料，例如0P-1P FY0. 028. 015TU制成；微电脑，笔记本型号；总体上说设备的操作算法描述如下
权利要求
1.医疗诊断方法，包括.被检查器官的电视光学图像、随着时间的推移相互分离，接收，图像编辑参数与标准参数相比较，其区别在于被检查器管的被可替换的喷嘴接收的表面图像、颜色和额外的几何参数周长、面积、半径、长度和宽度，被识别图像的本身和不可分割的部分的拐点，建立的色彩和几何参数场，用于确定器官的尺寸变化和比较参考信息和当前信息并考虑到来自于存储区的当前被检查器管的其他病理数据。
2.权利要求I的方法，其区别在于可替换的喷嘴制成可移动部件的形式以确保能从器官的表面，如耳，咽喉，皮肤和宫颈读取图像。
3.权利要求I的方法，其区别在于器官表面决定的本身和不可分割的部分的几何和颜色参数，放大图像至200倍。
4.医疗诊断装置，包括安置动物或人的设备，第一和第二安装台，一个处理机，其中第一个安装台安装具有至少一个光源的彩色电视相机，还包含电源供应器，计算机、通过一个与电脑相连的图像单元的控制彩色电视相机的第一单元，和控制光源的第二单元，二者均通过接口与电脑连接，其区别在于它还包括一个放置于目标器官和光源之间的光扩散环， 按照光学顺序连接至光学滤波器和位于目标器官和彩色电视相机之间的光学放大器，还包括依次连接的可调距离的夹具、可替换的喷嘴部位和第三控制单元，与到可替换喷嘴部位入口的独立出口连接，与可调节距离夹具和接口独立双路连接，此外，还包含双路连接至接口的存储块，压缩和过滤单元，通过一个入口和两个连接至第二控制单元和彩色电视相机的单独出口与电源供应器连接。
5.权利要求4的装置，其区别在于可替换喷嘴部件又可移动部分组成以确保能从器官的表面，如耳，咽喉，皮肤和宫颈读取图像。
6.权利要求4的装置，其区别在于光扩散环是用光学半透明材料制成的。
7.权利要求4的装置，其区别在于光学滤波器是集成的光纤维板或者电缆制成的。
8.权利要求4的装置，其区别在于图像放大器被设计为一个光学镜头。
9.权利要求4的装置，其区别在于可调距离夹具被制成为齿杆和固定杆。
10.权利要求4的装置，其区别在于压缩和过滤单元包括手工调整光源亮度的传感器。
11.权利要求4的装置，其区别在于非相干光源用作光源。
12.权利要求4的装置，其区别在于光学滤波器，图像放大器和彩色电视相机通过一个双向的机械联动装置连接。
13.权利要求4的装置，其区别在于机械臂被安装在具有第二安装台和杆的放置人或动物的设备中。
14.权利要求4的装置，其区别在于例如治疗台，妇科检查椅或泌尿椅子可以用于放置人或动物的设备。
全文摘要
本发明涉及医疗诊断。方法事实上包括被检查器管的电视光学图像，随着时间的推移相互分离，被接收并且图像编辑的参数与标准参数进行比较。被检查器管的的表面图像通过可替换喷嘴接收。颜色和额外的几何参数周长，面积，半径，长度和宽度，图像的本身和不可分割的部分的转折点被识别。色彩和几何参数场被建立用于确定器官的尺寸变化。当前和参考信息被考虑到与来自于存储区的被检查器管的病理数据相比较。医疗检查的装置，包括可替换喷嘴部分，使得所公开的方法得以实现，技术效果是增加人体的各个器官的病理诊断的准确性。
文档编号A61B1/04GK102578995SQ20111043461
公开日2012年7月18日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者布瑞·阿尔乔姆·萨姆耶维奇, 日丹诺夫·德梅·斯盖维, 赛瑞肯·弗拉基米·伊万诺维奇 申请人:诊断有限公司, 赛瑞肯·弗拉基米·伊万诺维奇