PL166556B1 - Sposób i urządzenie do stosowania sposobu holoendoskopowego ustalania powierzchni obiektów usytuowanych w trudno dostępnych otworach, jamach, wnękach - Google Patents

Abstract

1. Sposób holoendoskopowego ustalania powie rzchni obiektów usytuowanych w trudno dostępnych '-—4 otworach, jamach, wnękach, w którym badany obiekt oświetla się poprzez oświetlający układ światłem laserowym, zaś widok obiektu przenosi się na zewnątrz poprzez układ obrazujący w postaci koherentnej wiązki włókien światłowodowych, w postaci systemu soczewek lub też optyki Hopkinsa, a następnie poprzez układ optyczny rzutuje się ten widok na światłoczułą płytę holograficzną, na którą jednocześnie podaje się z dzielnika wiązki światła laserowego falę odniesienia, znamienny tym, że na światłoczułej płycie (6) tworzy się hologram podwójnej ekspozycji widoku badanego obiektu (1) odpowiadający oświetleniu tego obiektu (1) przez oświetlający układ (3) kolejnie pod dwoma różnymi kątami (α i β) względem osi kierunku (10) obserwacji, zaś w dalszej kolejności, po wywołaniu światłoczułej płyty (6) i odtworzeniu treści gotowego hologramu podwójnej ekspozycji znanym sposobem, dokonuje się rejestracji tej treści za pomocą video-kamery (12), po czym sygnał analogowego zapisu obrazu obiektu (1) przetwarza się na sygnał cyfrowy za pomocą analogowo-cyfrowego przetwornika (13), który to sygnał wprowadza się do komputera (14) i wyznacza się wymiary przestrzenne obiektu (1) w oparciu o stopień przemodulowania czarno-białych prążków hologramu podwójnej ekspozycji zmianami wymiarów obiektu (1) w osi kierunku (10) obserwacji.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób holoendoskopowego ustalania powierzchni obiektów usytuowanych w trudno dostępnych otworach, jamach, wnękach oraz urządzenie do stosowania tego sposobu, przeznaczone do wykorzystania zarówno w diagnostyce medycznej jak również w technice, celem obserwacji obiektu, rejestracji jego obrazu oraz pomiaru jego powierzchni.

Znane są - na przykład z publikacji H.H.Hopkins Physics of the fibreoptic endoscope str. 27 w G.Berci Endoscopy Appleton-Century Crofta, New York 1976; F.Amman Technische Endoskopie Technischer Verlag Resch KG 1984; G.F.Buess Endoscopy (form diagnosis to new surgery). Deutsche Aerzte Verlag 1990 - endoskopy z których każdy zawiera układ obrazujący i układ oświetlający. W endoskopie światłowodowym układ oświetlający tworzy niekoherentna wiązka zaopatrzona w źródło światła i odpowiedni układ optyczny, zaś układ obrazujący jest utworzony z obiektywu, zespołu przenoszącego obraz oraz z okularu.

166 556

Zespołem przenoszącym obraz może być koherentna wiązka włókien światłowodowych, systemu soczewek lub optyka Hopkinsa. W znanych światłowodowych endoskopach obrazy obserwowanych obiektów są dwuwymiarowe, zaś wielkość obserwowanego obiektu może być ocenianą orientacyjnie. Z patentu nr 3 512 602 Republiki Federalnej Niemiec jest znanym endoskop do ustalania wielkości obiektu w trudno dostępnych miejscach. Endoskop ten ma soczewkowy zespół przenoszenia obrazu umożliwiający zmianę odległości między poszczególnymi soczewkami i zmianę kąta obserwacji, co przy umieszczeniu podziałki w zespole przenoszenia obrazu i przesuwnym usytuowaniu zespołu przenoszenia względem zewnętrznego korpusu umożliwia pomiar dwuwymiarowych powierzchni. Rozwiązanie według patentu nr 3 512 602 Republiki Federalnej Niemiec nie pozwala na pomiar wymiarów przestrzennych, w kierunku obserwacji a tym samym nie umożliwia dokładnego pomiaru ani też szacunku profilów powierzchni obserwowanego elementu w trudno dostępnych wnękach, otworach, jamach. Pojawienie się video-chipów umożliwiło elektroniczne przenoszenie obrazu w endoskopie dając tym samym wygodę obserwacji i rejestracji obserwowanego obiektu. Znane endoskopy nie pozwalają na ocenę stosunków przestrzennych obserwowanego obiektu.

Jedną z metod otrzymywania trójwymiarowych obrazów jest holografia optyczna znana z takich publikacji jak Holografia optyczna praca zbiorowa pod redakcją M.Pluty; PWN Warszawa 1980, lub B.P.Hariharan Optical Holography Cambridge University Press 1984. Z opisu wynalazku według patentu USA nr 4 589 723 udzielonego na rzecz Fuji Photo Optical Co., Ltd Saitama Japan jest znanym endoskop holograficzny zawierający laserowe źródło światła, którego wyjście jest połączone poprzez dzielnik wiązki światła i system wielu zwierciadeł z rozszerzaczem wiązki oraz z wejściem oświetlającego układu endoskopu, przy czym światłoczuła płyta holograficzna jest sprzężona optycznie z wyjściem obrazującym układu endoskopu oraz jest usytuowana w polu wiązki rekonstruującej.

Rozwiązanie według patentu USA nr 4 589 723 pozwala na holograficzną rejestrację i rekonstrukcję obiektów usytuowanych w trudno dostępnych miejscach za pomocą powszechnie znanych endoskopów, nie pozwala jednakże na pomiar stosunków przestrzennych obserwowanego obiektu. W interferometrii holograficznej znanąjest metoda konturowania holograficznego poprzez oświetlanie przedmiotu z dwóch źródeł światła i tworzenia hologramu podwójnej ekspozycji. Metoda ta nie znalazła jednakże jak dotąd zastosowania praktycznego w endoskopii.

Sposób holoendoskopowego ustalania powierzchni obiektów usytuowanych w trudno dostępnych otworach, jamach, wnękach, w którym badany obiekt oświetla się poprzez oświetlający układ światłem laserowym, zaś widok obiektu przenosi się na zewnątrz poprzez układ obrazujący w postaci kohorentnej wiązki włókien światłowodowych, w postaci systemu soczewek lub optyki Hopkinsa, a następnie poprzez układ optyczny rzutuje się ten widok na światłoczułą, holograficzną płytę, na którą jednocześnie podaje się z dzielnika wiązki światła laserowego fale odniesienia charakteryzuje się tym, że na światłoczułej płycie tworzy się hologram podwójnej ekspozycji widoku badanego obiektu odpowiadający oświetleniu tego obiektu przez oświetlający układ, kolejno pod dwoma różnymi kątami względem osi kierunku obserwacji, zaś w dalszej kolejności, po wywołaniu światłoczułej płyty i odtworzeniu treści gotowego hogloramu podwójnej ekspozycji znanym sposobem, dokonuje się rejestracji tej treści za pomocą video-kamery. Następnie sygnał analogowy zapisu obrazu przetwarza się na sygnał cyfrowy za pomocą analogowo-cyfrowego przetwornika, zaś cyfrowy sygnał wprowadza się do komputera i wyznacza się wymiary przestrzenne obiektu w oparciu o stopień przemodulowania czarno-białych prążków hologramu podwójnej ekspozycji zmianą wymiarów obiektu w osi kierunku obserwacji. Urządzenie do stosowania sposobu według wynalazku zawierające układ obrazujący w postaci koherentnej wiązki włókien światłowodowych, w postaci systemu soczewek lub też optyki Hopkinsa, zaś układ oświetlający utworzony z niekoherentnej wiązki włókien światłowodowych i źródła światła w postaci lasera, którego wyjście poprzez dzielnik wiązki światła jest również połączone z rozszerzaczem wiązki rzutującym falę odniesienia na światłoczułą holograficzną płytę, charakteryzuje się tym, że oświetlający układ ma ruchomą końcówkę oświetlającą obiekt co najmniej pod dwoma różnymi kątami względem osi kierunku obserwacji, podczas gdy hologram podwójnej ekspozycji utrwalony na światłoczułej płycie usytuowanej w

166 556 polu rekonstrukcyjnej wiązki światła jest sprzężony optycznie z video-kamerą, której wyjście poprzez analogowo-cyfrowy przetwornik jest połączone z wejściem komputera.

Sposób i urządzenie według wynalazku umożliwiają dokładne wyznaczenie wymiarów przestrzennych obiektu usytuowanego w trudno dostępnych otworach, jamach, wnękach co ma szczególnie istotne znaczenie w medycynie, zwłaszcza w zakresie diagnozowania nowotworów wewnątrz organów organizmu i wyznaczenia parametrów naświetlania. Znajomość wymiarów przestrzennych elementów w trudno dostępnych miejscach ma również istotne znaczenie w szeregu zastosowań w technice.

Wynalazekjest bliżej objaśniony na przykładzie wykonania za pomocą rysunku, na którym przedstawiono schematycznie urządzenie według wynalazku.

W sposobie według wynalazku badany obiekt 1 oświetla się światłem laserowym z lasera poprzez oświetlający układ 3 utworzony z niekoherentnej wiązki włókien światłowodowych. Wiązka światła z lasera 2 jest podawana poprzez dzielnik 4 wiązki na wejście oświetlającego układu 3 oraz na rozszerzacz 5 wiązki rzutujący falę odniesienia, stanowiącą część światła z lasera 2, na światłoczułą, holograficzną płytę 6. Widok oświetlonego obiektu 1 przenosi się na zewnątrz poprzez obrazujący układ 7 utworzony z koherentnej wiązki włókien światłowodowych, z systemu soczewek lub też z optyki Hopkinsa. Przeniesiony na zewnątrz obraz obiektu 1 rzutuje się poprzez optyczny układ 8 na światłoczułą holograficzną płytę 6. Na światłoczułej holograficznej płycie 6 tworzy się hologram podwójnej ekspozycji widoku badanego obiektu 1 poprzez kolejne, dwukrotne oświetlanie obiektu 1 przez końcówkę 9 oświetlającego układu 3, pod dwoma różnymi kątami a i (3 względem osi kierunku 10 obserwacji. W dalszej kolejności, po wywołaniu światłoczułej płyty 6 i odtworzeniu treści gotowego hologramu podwójnej ekspozycji, poprzez usytuowanie płyty 6 w rekonstruującej wiązce 11, dokonuje się rejestracji treści tego hologramu za pomocą video-kamery 12. Następnie sygnał analogowy zapisu obrazu z holograficznej płyty 6 uzyskany w video-kamerze 12, przetwarza się za pomocą analogowocyfrowego przetwornika 13 na sygnał cyfrowy, który z kolei podaje się na wejście komputera 14 i w tym komputerze wyznacza się wymiary przestrzenne obiektu 1 w oparciu o stopień przemodulowania czarno-białych prążków hologramu podwójnej ekspozycji zmianami wymiarów obiektu 1 w osi kierunku 10 jego obserwacji. Urządzenie do stosowania sposobu według wynalazku ma obrazujący układ 7 w postaci koherentnej wiązki włókien światłowodowych, w postaci systemu soczewek lub też optyki Hopkinsa. Z obrazującym układem 7 jest sprzężony oświetlający układ 3 utworzony z niekoherentnej wiązki włókien światłowodowych, posiadający ruchomą końcówkę 9 oświetlającą badany obiekt 1 co najmniej pod dwoma różnymi kątami α i β względem osi kierunku 10 obserwacji przez obrazujący układ 7, dla dwóch kolejnych obserwacji.

Urządzenie według wynalazku ma laser 2 którego wyjście jest optycznie sprzężone poprzez dzielnik 4 wiązki 15 laserowego światła z wejściem oświetlającego układu 3 oraz z rozszerzaczem 5 wiązki światła laserowego rzutującym część światła z wiązki 15 na światłoczułą, holograficzną płytę 6 sprzężoną optycznie poprzez optyczny układ 8 z wyjściem obrazującego układu 7. Holograficzna płyta 6 jest sprzężona optycznie z video--kamerą 12, której wyjście poprzez analogowo-cyfrowy przetwornik 13 jest połączone z wejściem komputera 14. Wyjście video-kamery 12 jest jednocześnie połączone z monitorem 16. Działanie urządzenia według wynalazku przebiega następująco. Po oświetleniu badanego obiektu 1 oświetlającym układem ustalając końcówkę 9 tego układu pod kątem α względem osi kierunku 10 obserwacji dokonuje się ekspozycji tego widoku badanego obiektu 1 na światłoczułową, holograficzną płytę 6, na którą równocześnie z obrazem badanego obiektu 1 podaje się falę odniesienia stanowiącą część oświetlającej wiązki 15 z lasera 2 poprzez dzielnik 4 wiązki 15 i rozszerzacz 5 wiązki. Następnie przestawia się ruchomą końcówkę 9 oświetlającego układu, tak aby tworzyła drugi, inny kąt p względem osi kierunku 10 obserwacji i dokonuje się drugiej ekspozycji widoku obiektu 1 na tej samej holograficznej płycie 6. Po wywołaniu i utrwaleniu światłoczułej płyty 6 uzyskuje się hologram podwójnej ekspozycji, który zawiera cały zespół czarno-białych prążków odkształconych obrysem przestrzennym powierzchni obiektu 1.

Po odtworzeniu hologramu, oświetlając płytę 6 rekonstruującą wiązką 11 światła laserowego, przekształca się otrzymany obraz na sygnał analogowy video-kamerą 12. Odkształcone

166 556 prążki hologramu można odtworzyć na monitorze 16. Sygnał analogowy hologramu podwójnej ekspozycji przetwarza się na sygnał cyfrowy w przetworniku 13 i wprowadza do komputera 14, który z odkształceń prążków, w oparciu o program zawierający znane zależności, wyznacza przestrzenne wymiary obserwowanej powierzchni obiektu 1.

166 556

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 1,00 zł.

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób holoendoskopowego ustalania powierzchni obiektów usytuowanych w trudno dostępnych otworach, jamach, wnękach, w którym badany obiekt oświetla się poprzez oświetlający układ światłem laserowym, zaś widok obiektu przenosi się na zewnątrz poprzez układ obrazujący w postaci koherentnej wiązki włókien światłowodowych, w postaci systemu soczewek lub też optyki Hopkinsa, a następnie poprzez układ optyczny rzutuje się ten widok na światłoczułą płytę holograficzną, na którą jednocześnie podaje się z dzielnika wiązki światła laserowego falę odniesienia, znamienny tym, że na światłoczułej płycie (6) tworzy się hologram podwójnej ekspozycji widoku badanego obiektu (1) odpowiadający oświetleniu tego obiektu (1) przez oświetlający układ (3) kolejnie pod dwoma różnymi kątami (α i β) względem osi kierunku (10) obserwacji, zaś w dalszej kolejności, po wywołaniu światłoczułej płyty (6) i odtworzeniu treści gotowego hologramu podwójnej ekspozycji znanym sposobem, dokonuje się rejestracji tej treści za pomocą video-kamery (12), po czym sygnał analogowego zapisu obrazu obiektu (1) przetwarza się na sygnał cyfrowy za pomocą analogowo-cyfrowego przetwornika (13), który to sygnał wprowadza się do komputera (14) i wyznacza się wymiary przestrzenne obiektu (1) w oparciu o stopień przemodulowania czarno-białych prążków hologramu podwójnej ekspozycji zmianami wymiarów obiektu (1) w osi kierunku (10) obserwacji.

2. Urządzenie do holoendoskopowego ustalania powierzchni obiektów usytuowanych w trudno dostępnych otworach, jamach, wnękach, zawierające układ obrazujący w postaci kohorentnej wiązki włókien światłoczułych, w postaci systemu soczewek lub też optyki Hopkinsa, zaś układ oświetlający utworzony z niekoherentnej wiązki włókien światłoczułych i laserowego źródła światła, którego wyjście poprzez dzielnik wiązki światła jest również połączone z rozszerzaczem wiązki rzutującym falę odniesienia na światłoczułą holograficzną płytę, znamienny tym, że oświetlający układ (3) ma ruchomą końcówkę (9) oświetlającą obiekt (1) co najmniej pod dwoma różnymi kątami (α i β) względem osi kierunku (10) obserwacji, podczas gdy hologram podwójnej ekspozycji utrwalony na światłoczułej płycie (6) usytuowanej w polu rekonstrukcyjnej wiązki (11) światła laseru (2) jest sprzężony optycznie z video-kamerą (12), której wyjście poprzez analogowo-cyfrowy przetwornik (13) jest połączony z wejściem komputera (14).