Устройства информационно-управляющей системы медицинского робота тепловизионной диагностики

• Автор: Гераськин, Дмитрий Петрович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 208 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1 Медикотехнический анализ процесса проведения тепловизионной диагностики и особенности его роботизации.

1.1 Анализ процесса проведения тепловизионной диагностики

в медицине.

1.2 Анализ технических средств медицинского тепловидения.

1.2.1 Физические аспекты медицинского тепловидения.

1.2.2 Анализ медицинских тепловизионных устройств

1.2.3 Анализ средств одновременной визуализации двух видов изображений

1.3 Анализ технических средств робоацрроцессов

и4
диагностики в медицине
1.4 Анализ технических средств зрительного очувствления медицинских роботов
1.5 Анализ функциональных операций робота тепловизионной диагностики и определение структуры робота.
1.6 Требования к устройствам информационно управляющей
системы диагностического робота
Выводы
2 Информационные устройства и алгоритмы управления медицинским роботом тепловизионной диагностики.
2.1 Интерактивное термовидеоскопическое устройство.
2.2 Ультразвуковое локационное устройство
2.3 Информационное аудиоустройство.
2.4 Оптимальный алгоритм управления движением медицинского робота
2.5 Алгоритм планирования действий медицинского робота.
3 Биотронное устройство зрения медицинского робота тепловизионной диагностики.
3.1 Зрительное очувствление робота.
3.2 Анализ методов и алгоритмов обработки изображений
3.3 Разработка биотронного устройства зрения робота
3.3.1 Биологические и информационные аспекты
реализации нейросетей
3.3.2 Нейробионическая модель устройства зрительного очувствления робота
3.3.3 Обработка изображений в биотронном устройстве зрения
3.3.4 Математическая модель взаимодействия локальных анализаторов биотронного устройства зрения.
3.3.5 Математическая модель оптимального нейрофильтра биотронного устройства зрения
3.4 Количественная оценка эффективности биотронного устройства зрения робота.
3.5 Блок интеллектуальной тепловизионной диагностики
медицинского робота.
Выводы.
4 Экспериментальные исследования биотронного устройства зрения и апробация робота
4.1 Исследование процесса обработки изображений
на основе нейроструктуры.
4.1.1 Нейросетевая обработка одномерных изображений
4.1.2 Обработка натурных медицинских термограмм на основе существующих методов и разработанной нейроструктуры
4.2 Практическая реализация нейроструктуры биотронного устройства зрения
4.3 Практическая реализация интерактивного
термовидеоскопического устройства
4.4 Интеграция робота в систему телемедицинского обслуживания.
4.5 Апробация диагностического робота
Выводы.
Выводы по работе.
Список использованной литературы


При проведении тепловизионной диагностики положение пациента перед инфракрасной камерой тепловизора определяется локализацией заболевания и состоянием пациента. В настоящее время для этого используются вращающийся стул, а для обследования лежачих больных - поворотное зеркало. Однако, такой подход к решению задачи является чрезвычайно неудобным как для пациента, так и для врача. Более того, зачастую необходимо проведение тепловизионного обследования тяжелобольных пациентов, лиц с ограниченностью движения и инвалидов, а также травмированных людей, людей без сознания (в отделениях реанимации, хирургических отделениях) и др. Единственным выходом из такой ситуации в настоящее время является перемещение тепловизора от пациента к пациенту, осуществляемое младшим медицинским персоналом “вручную”, причем это занимает значительное время и такая организация процесса обследования крайне нежелательна как с точки зрения эргономики, так и организации труда []. Все эти факты свидетельствуют о необходимости конструктивных изменений в процессе проведения медицинской тепловизионной диагностики. Аналогичные задачи, применительно к хирургии, широко использующей результаты тепловизионной диагностики, неоднократно поднимались профессором В. И. Русаковым, опирающегося на идеи выдающихся отечественных ученых Н. И. Пирогова, С. П. Боткина, И. Н. Павлова, П. К. Анохина, A. B. Вишневского и др. Таким образом, для устранения выше рассмотренных недостатков в организации процесса проведения тепловизионного обследования необходимо разработать термовидеоскопическое устройство, обеспечивающее одновременное отображение на экране монитора врача термо- и видеоизображения пациента в режиме реального времени, а также разработать интеллектуальный робот, ориентирующий пространственное положение диагностического устройства. Рассмотрим существующие средства и способы, обеспечивающие возможное решение таких задач. Для получения тепловизионного изображения пациента используется инфракрасное излучение, источником которого является сам человек. Невидимое для глаза человека ИК излучение представляет собой разновидность электромагнитных колебаний с длинами волн от 0, до мкм. В общем спектре электромагнитных волн ИК излучение с одной стороны примыкает непосредственно к видимому излучению, а с другой стороны к электромагнитному излучению миллиметровых радиоволн (рисунок 1. Рисунок 1. Весь диапазон волн ИК излучения условно разделяется на три поддиапазона: ближний (X = 0, - 1,5 мкм), средний (X = 1,5 - мкм) и дальний (X = - мкм). Такое подразделение связано главным образом с различием в технике обнаружения и измерения излучения в поддиапазонах []. ИК излучение, как и световое, распространяется от источника по прямой линии в любой однородной среде. С помощью зеркал и линз его можно отражать, отклонять и фокусировать подобно световому излучению. Фундаментальным понятием для характеристики излучения нагретых тел является понятие абсолютно черного тела (АЧТ), т. Основной характеристикой излучения АЧТ является спектральная плотность потока излучения IV; > Вт^с^хмкм). Г,(Л,Г) = —— х, (1. Ь = 6,5х 1 (Г Втхс - постоянная Планка; к = 1,x' Дж/К - постоянная Больцмана. С2 = 1, x4 мкмхК. Вид функции IV; при температурах, характерных для тепловизионной диагностики человека приведен на рисунке 1. Рисунок 1. Ис/ АкТ) -1« ехр(/? ЛкТ), (1. Лс/ЛкТ)-1» (1 + Ъс/ЛкТ+. Ис/ЛкТ, (1. Ятах = /Г. Хмах = / 0« 9, мкм. Г(Т) = [ СД(Л,7>/Л = аТ*, (1. X 1<Г Вт/(см2хК4) - постоянная Больцмана. В таблице 1. АЧТ для различных спектральных полос при температурах, характерных для медицинского тепловидения (данные в таблице выражены в энергетических единицах). Таблица 1. Я9 мкм ^2, мкм к=. Ис/к)ехр(кс/МГ) *1 . В медицинском тепловидении тело пациента имеет температуру сравнительно близкую к окружающей, при этом, как было показано выше, целесообразно работать в полосе с центром при Я,= мкм. Значения производных по температуре от плотности потока излучения для различных спектральных диапазонов и температуры объекта, характерных для медицинского тепловидения, приведены в таблице 1. Таблица 1. На рисунке 1.